KR20080092870A

KR20080092870A - 아연이 함유된 금속 산화물 자성 나노 입자를 포함하는자기 공명 영상제

Info

Publication number: KR20080092870A
Application number: KR1020080033719A
Authority: KR
Inventors: 천진우; 전영욱; 장정탁
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2008-10-16
Also published as: CN101547706A; US9375495B2; CN101547706B; JP2010505763A; JP5313906B2; JP2013056916A; US20100143263A1; EP2131870A1; EP2131870B1; WO2008127031A1; KR101043251B1; EP2131870A4

Abstract

본 발명은 아연이 함유된 금속 산화물 자성 나노 입자를 포함하는 증가된 조영 효과를 갖는 자기 공명 영상제 (MRI contrast agent)에 관한 것이다. 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노 입자는 금속 산화물 나노 입자 매트릭스에 아연이 첨가되거나 금속을 치환한 특성을 갖고 있으며, 이로 인해 나노 입자의 자기적 특성 및 자기 공명 영상효과가 획기적으로 증가된 결과를 갖는다.

또한, 본 발명은 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자에 단백질, 펩타이드, 핵산, 항체, 약물, 화학 작용기 및 화학 물질 등과 같은 생체 및 화학 활성 물질이 결합된 '아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자 - 생물/화학 활성물질'의 하이브리드 형태의 구조를 가지는 자기 공명 영상제를 포함한다.

아연이 함유된 금속 산화물 자성 나노 입자, 하이브리드 나노 입자, 자기 공명 영상제

Description

아연이 함유된 금속 산화물 자성 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제 {Magnetic Resonance Imaging Contrast Agents Comprising Zinc Containing Magnetic Metal Oxide Nanoparticles}

본 발명은 아연이 함유된 금속 산화물 자성 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제에 대한 것이다.

나노 기술은 물질을 원자, 분자 수준에서 조절 및 제어하는 기술로서 여러 학제간 과학 기술이 서로 융합해서 이루어지게 되며 신물질 및 신소자 창출에 적합하여 그 응용 분야가 전자, 재료, 통신, 기계, 의약, 농업, 에너지, 환경 등 매우 다양하다. 이중 나노 입자가 중요한 이유는 이러한 여러 가지 활용 분야에서 마이크론 크기의 분말이 갖지 못하는 특성을 갖기 때문이다. 특히 나노 수준에서의 조절을 통해 마이크론 이상 크기의 물질과 비교하여 획기적으로 향상된 나노 특성을 나타낼 수 있다.

특히, 나노 크기의 자성 물질들은, 다양한 생체 의학 분야에 적용되어 혁신적인 발전을 불러 일으킬 것이라는 기대를 받고 있다. 자성 나노 입자들은 그 크기가 혈관 및 세포에 비해 훨씬 작고 단백질과 비슷한 크기를 가지므로, 다양한 생체 조직에 쉽게 접근시킬 수 있다는 편리한 특성을 갖고 있기 때문에, 생체 진단 등에 이미 수년 전부터 이용되어 왔다. 더욱이 최근 나노 기술의 급격한 발전은, 다양한 생체 응용이 가능한 고기능성 자성 나노 입자의 제조를 가능하게 하였고, 이들의 생체 내 안정성에 대한 연구도 역시 진행되고 있다.

자성 나노 입자의 응용 범위는 자기 공명 영상 (MRI)등을 이용한 분자 영상, 질병의 추적 및 진단, 고온 치료, 약물전달, 자기-바이오 센서, 마이크로 유체계 시스템 등 광범위한 나노-바이오 기술을 포함한다. 특히 자성 나노 입자는 효과적인 자기 공명 영상의 영상제로 사용될 수 있다. 외부에서 주어진 자기장 하에서, 자성 나노 입자는 자화되어 유도 자기장을 발생 시킨다. 이 유도 자기장은 자성 나노 입자 주변 물분자의 수소 원자의 스핀-스핀 (T2) 이완 시간 또는 스핀-격자 (T1) 이완 시간의 변화를 유도하여, 자기 공명 영상의 T2 또는 T1 조영 효과를 증폭시킨다. 이때 일어나는 조영 효과의 척도는 이완율 (R = 1/T, relaxivity)이다.

이러한 자성 나노 입자의 성질을 이용하면, 조직 내의 물의 농도뿐만이 아니라 혈관의 분포, 암과 같은 질병의 진단, 그리고 생명 현상을 분자 및 세포 수준에서 영상화 할 수 있다. 현재까지 이러한 자성 나노 입자를 이용한 자기 공명 영상제는 아래와 같이 개발되어 왔다.

미국 특허 US4,849,210호는 약 30 nm 크기의 초상자성 마그네타이트 입자에 대한 것으로, 상기 나노 입자를 생체 분해성 모체 (단백질, 탄수화물, 지질) 에 집어 넣어 간이나 비장과 같은 체내의 자기 공명 영상에 응용하였다.

미국 특허 US5,023,072호는 위장관 영상을 위한 산화철 계열 초상자성 나노 입자에 대한 것으로, 상기 나노 입자를 다당류와 함께 섞어주어 위장관에서의 염증 등의 영상에 응용하였다.

미국 특허 US5,055,288호는 혈관계 영상을 위한 초상자성 산화물 나노 입자에 대한 것으로, 나노 입자들의 응집을 통해 형성된 영상제에 대하여 설명하였다.

유럽 특허 EP0656368호는 나노 크기의 카르복시 폴리사카라이드로 코팅된 자성 산화철 나노 입자에 대한 것으로, 나노 입자는 공침법으로 제작되었고 크기는 2~7 nm 정도를 갖으며 심혈관 계열 영상 및 약물 전달과 같은 시스템에 응용하였다.

미국 특허 US6,203,777호는 탄수화물이 결합된 마그네타이트 입자에 대한 것으로, 이 나노 입자는 수용액 상에서 공침법으로 합성되었으며 초음파 반응을 이용하여 탄수화물과 결합된 후 비경구 투여용 자기 공명 영상제로 사용되었다.

미국 특허 US6,599,498호는 환원된 탄수화물로 코팅된 열에 안정한 자기 공명 영상제에 대한 것으로, 공침법을 통하여 약 10 nm 정도의 크기의 산화철 나노 입자를 합성한 후 심혈관 계통의 자기 공명 영상에 이용하였다.

미국 특허 공개 US2006-0222594호는 선택적 표적이 가능한 자성 나노 입자 자기 공명 영상제에 대한 것으로, 공침법을 이용하여 합성된 산화철 나노 입자가 고분자로 이루어진 마이셀로 코팅된 자기 공명 영상제이다.

대한민국 특허 출원 공개 번호 제2006-0098213호는 종양 진단을 목적으로 한 나노 입자에 대한 것으로, 유기용매상에서 열분해 방법을 통해 합성된 산화철 자성 나노 입자를, 수용화 과정, 항체 결합 과정을 통해 종양 진단 나노 하이브리드를 형성시킨 후, 이를 종양의 자기 공명 영상 진단에 응용하였다.

이러한 자기 공명 영상제로 이용되는 자성 나노 입자들이 최적의 성능을 갖기 위해서는,

1) 인가된 자기장에 민감하게 반응하는 높은 자화율을 가져야 하며,

2) 뛰어난 자기 공명 영상 조영 효과를 나타내어야 하며,

3) 생체 내 즉, 수용성 환경에서 안정적으로 운반 및 분산되어야 하며,

4) 생체 활성 물질과 쉽게 결합이 가능하여야 하며,

5) 낮은 독성 및 높은 생체 친화력을 나타내어야 한다.

한편, 상기에 기술한 선행 특허로 얻어진 나노입자 및 Feridex, Resovist와 같은 상용화된 조영제, 그리고 수용화 리간드로 둘러싸인 산화철 나노 입자와 같은 기존의 산화철 나노 입자의 경우, 비교적 낮은 자화율 및 낮은 자기 공명 영상 조영 효과 (낮은 R2)를 갖는다. 이는 자기 공명 영상제로서 저하된 신호 증폭 효과를 갖게 되어 미세 암조직과 같은 미량의 질병에 대한 자기 공명 영상 진단에 있어 큰 문제점으로 지적되어 오고 있다.

기존의 낮은 자기 공명 영상 조영 효과를 해결하는 한가지 방법은 자화율이 증가된 자성 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 개발이다. 이러한 자화율 증대라는 목적을 위해 금속 산화물 나노 입자의 조성을 변화하는 것이 하나의 방법이 될 수 있다 (Ittrich et al , Rofo 2005, 177, 1151; Shultz et al , J. Magn . Magn, Mater . 2007, 311, 464). 그러나 지금까지의 연구 결과에 의하면, 산화철 등 금속 산화물 나노입자 매트릭스에 여러 가지 가능한 금속 첨가물 (dopant)을 넣었을 때 나타나는 자성 증가 효과가 거의 없거나, 심지어 감소되는 것 (예를 들면, Co, Ni, Mg, Ba 등)이 대부분이다 (Valdes-Solis et al , Nanotechnology 2007, 18, 145603).

최근, 자기 공명 영상 효과가 증가되는 예로서, 대한민국 특허 출원 공개번호 제2006-0098213호에서는 금속 산화물 나노 입자에 망간이 함유되었을 때 향상된 자기 공명 영상 효과를 갖는다는 것을 보였다. 이는, 망간의 함유로 인해 향상된 자화율에 기인하는 것으로, 이때 망간의 함유를 통해 금속 산화물의 자화율은 약 10% 에 증가에 그쳤으나, 이 물질의 자기 공명 영상 효과는 기존 물질에 비해 약 70-100%의 R2의 증가를 보였다.

이러한 맥락에서 더욱 향상된 자화율을 갖는 새로운 금속 산화물 자기 공명 영상제의 개발은 자기 공명 영상 조영 효과를 극대화하는데, 매우 중요한 요인임이 자명하다.

본 발명에서는 상기 기존의 금속 산화물 나노 입자 자기 공명 영상제에 비해 획기적으로 향상된 조영 효과 및 진단 감도를 갖는 새로운 금속 산화물 나노 입자 자기 공명 영상제를 개발하고자 한다. 지금까지는 어떠한 특정 금속 첨가물이 이를 실현시킬 수 있을 것이라는 구체적인 대안이 제시되지 않았으나, 본 발명에서는 특별히 아연이 금속 산화물 나노입자 매트릭스의 금속 치환 혹은 정공에 더해짐으로서, 금속 산화물 나노 입자의의 자화율 증가를 유도하는 동시에 자기 공명 영상 조영 효과를 획기적으로 증가시킴을 새로이 발견하고 이를 실험적으로 입증하였다. 또한 수용액에서의 안정성이 높고 생체 친화적인 자기 공명 영상제로서 아연이 함유된 금속 산화물 자성 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제를 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 아연이 함유된 금속 산화물 자성 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제를 제공한다. 이 때 아연 원자는 금속 산화물로 이루어진 나노 입자 매트릭스의 금속을 치환하거나 비어 있는 정공에 첨가 되는 것을 특징으로 한다. 여기서 '매트릭스 (matrix)'라 함은 나노 입자의 무기물 코어를 의미하며, 다양한 원소를 더하거나 뺄 수 있는 모체 구조를 의미한다. 이렇게 아연이 함유된 금속 산화물 자성 나노 입자는 아연이 함유되어 있지 않은 본래의 금속 산화물 나노 입자 매트릭스와 비교하여 증가된 포화 자화율 및 자기 공명 영상 조영 효과 (R2 또는 R1)를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자가 바람직하게는

금속 산화물 매트릭스인,

(a) 식 M_aO_b

(0<a≤16, 0<b≤8, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금); 또는

(b) 식 M_cM'_dO_e

(0<c≤16, 0<d≤16, 0<e≤8,

M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금이고;

M'은 1족 원소, 2족 원소, 12족 원소, 전이 금속 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 원소)의 구조식을 갖는 나노 입자에서 아연이 첨가되어 금속 원자의 일부를 치환하거나 비어있는 정공에 첨가하는 형태인

(c) 식 Zn_fM_a _- _fO_b

(0<f<8, 0<a≤16, 0<b≤8, 0<f/(a-f)<10, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금이고); 또는

(d) 식 Zn_gM_c _- _gM'_dO_e

(0<g<8, 0<c≤16, 0<d≤16, 0<e≤8, 0<g/{(c-g)+d}<10,

M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금이고;

M'은 1족 원소, 2족 원소, 12족 원소, 전이 금속 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 원소)의 구조식을 갖는 나노 입자인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제를 제공한다.

상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자는 보다 바람직하게는

금속 산화물 매트릭스인

(e) 식 M"_hFe_iO_j

(0<h≤16, 0<i≤8, 0<j≤8, M"은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)의 구조식을 갖는 나노 입자에서 아연이 첨가되어 금속 원자의 일부를 치환하거나 비어있는 정공에 첨가한 형태인,

(f) 식 Zn_kM"_h- _kFe_iO_j

(0<k<8, 0<h≤16, 0<i≤8, 0<j≤8, 0<k/{(h-k)+i}<10, M"은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)의 구조식을 갖는 나노 입자이다.

상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 가장 바람직하게는

(g) 식 Fe_lO_m (0<l≤8, 0<m≤8) 또는

(h) 식 Mn_nFe_oO_p (0<n≤8, 0<o≤8, 0<p≤8)

로 이루어진 금속 산화물 나노 입자 매트릭스에 아연이 첨가되어 매트릭스 상의 금속 원자 일부를 치환하거나 비어있는 정공에 첨가하여

(i) 식 Zn_qFe_l _- _qO_m (0<q<8, 0<l≤8, 0<m≤8, 0<q/(l-q)<10) 또는

(j) 식 Zn_rMn_n _- _rFe_oO_p (0<r<8, 0<n≤8, 0<o≤8, 0<p≤8, 0<r/{(n-r)+o}<10)의 구조식을 갖는 나노 입자이다.

상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 그 자체로 물에 분산되거나 (또는 녹거나), 캡핑 (capping) 리간드 또는 수용성 다작용기 리간드가 나노 입자를 둘러싸고 있어 수용액에 분산되어 있다. 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자를 포함하는 자기 공명 영상제는 아연이 함유되지 않은 금속 산화물 자성 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제에 비해 우수한 자기적 성질 (포화 자화율) 및 자기 공명 영상 조영 효과 (R2 또는 R1)를 보이는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자에 항체 및 단백질과 같은 생체 활성 물질 또는 형광체 등과 같은 화학 물질이 결합된 진단용의 아연이 함유된 금속 산화물-생물/화학 활성 물질 하이브리드 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제를 제공한다.

본 발명은 또한 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자에 방사성 동위 원소와 같은 PET (Positron Emission Tomography) 및 SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography)용 영상제, 요오드, 바륨 설페이트 등과 같은 엑스레이 영상제, 및 마이크로버블 등과 같은 초음파 영상제가 결합되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제를 제공한다.

본 발명에 따른 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자 및 아연이 함유된 금속 산화물 하이브리드 나노 입자는, 아연이 함유되지 않은 금속 산화물 자성 나노 입자와 비교하여 자기적 성질을 현저히 증가시켜 자기 공명 영상 조영 효과를 획기적으로 증가시키는 효과를 가지며 수용액에서 특히 안정하고, 우수한 자기적 성질 및 낮은 세포 독성을 갖는다. 또한 본 발명의 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자 혹은 그것들이 생체 물질과 결합된 하이브리드 나노 입자는 기존 자기 공명 영상의 개선 및 진단 치료 시스템 등에 유용하게 사용될 수 있다.

본 연구자들은 여러 가지 금속 첨가물이 함유된 금속 산화물 나노 입자 중에서, 아연을 함유시켰을 경우 자성 증가 효과가 획기적으로 증가될 수 있음을 발견하고 이를 통해 자기 공명 영상 신호 역시 획기적으로 향상된 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제를 개발하였다. 본 발명에서 기술하는 '아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자'는 금속 산화물 나노 입자 매트릭스에서 아연 원자가 금속 원자를 치환하거나 비어있는 정공에 첨가되어 만들어진 나노 입자로서, 포화 자화율 및 자기 공명 영상 조영 효과 (R2 또는 R1)가 월등히 뛰어나고, 수용액에서 안정성이 높으며, 생체 친화성이 좋아 세포 독성이 낮으며, 생물학 적 활성 및 화학적 활성을 띠는 물질과의 결합이 용이하여 자기 공명 영상제로서의 최적의 조건을 충족시킨다.

본 발명의 명세서에서 '아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자'는 나노 크기의 입자를 의미하는 것으로서, 그 무기물 나노 코어의 직경이 1 nm ~ 1000 nm 범위에 있으며 바람직하게는 2 nm ~ 100 nm 범위인 입자를 뜻한다. 또한 물에 대해서 1 ㎍/ml ~ 500 mg/ml의 농도로 분산되어 있으며 바람직하게는 1 ㎍/ml ~ 50 mg/ml의 농도로 분산되어 있는 입자를 뜻한다. 물에 분산된 나노 입자의 유체 동력학적 직경 (hydrodynamic diameter)이 1 nm ~ 500 ㎛인 입자를 의미하며 바람직하게는 1 nm ~ 50 ㎛인 입자를 의미한다.

상기 '금속 산화물 나노 입자 매트릭스'는 아연이 함유되는 모체의 무기 나노 물질을 의미하는 것으로서 매트릭스로 사용되는 금속 산화물은

식 M_aO_b (0<a≤16, 0<b≤8, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금) 또는, 식 M_cM'_dO_e (0<c≤16, 0<d≤16, 0<e≤8, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금; M'은 1족 원소, 2족 원소, 12족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 전이금속 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소, 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ge, Ga, In, Si, Ge, Bi, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, 란탄족 원소 및 악티늄족 원소로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 원소의 구조식을 갖는 나노 입자이고, 바람직하게는 식 M"_hFe_iO_j (0<h≤16, 0<i≤8, 0<j≤8, M"은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)의 구조식을 갖는 나노 입자이다. 가장 바람직하게는 식 Fe_lO_m (0<l≤8, 0<m≤8) 또는 식 Mn_nFe_oO_p (0<n≤8, 0<o≤8, 0<p≤8)의 구조식을 갖는 나노 입자이다.

따라서 위에 기술한 금속 산화물 나노 입자 매트릭스에 아연이 함유되어 금속 원자의 일부를 치환하거나 비어있는 정공에 첨가된 형태는

식 Zn_fM_a _- _fO_b (0<f<8, 0<a≤16, 0<b≤8, 0<f/(a-f)<10, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금) 또는

식 Zn_gM_c _- _gM'_dO_e (0<g<8, 0<c≤16, 0<d≤16, 0<e≤8, 0<g/{(c-g)+d}<10, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금이고; M'은 1족 원소, 2족 원소, 12족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 전이금속 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소, 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ge, Ga, In, Si, Ge, Bi, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, 란탄족 원소 및 악티늄족 원소로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 원소)의 구조식을 갖는 나노 입자이고,

바람직하게는 식 Zn_kM"_h- _kFe_iO_j (0<k<8, 0<h≤16, 0<i≤8, 0<j≤8, 0<k/{(h-k)+i}<10, M"은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금),

가장 바람직하게는 식 Zn_qFe_l _- _qO_m (0<q<8, 0<l≤8, 0<m≤8, 0<q/(l-q)<10) 또는 Zn_rMn_n _- _rFe_oO_p (0<r<8, 0<n≤8, 0<o≤8, 0<p≤8, 0<r/{(n-r)+o}<10)의 구조식을 갖 는 나노 입자이다.

본 발명의 '아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노 입자'는 아연과 다른 금속의 함유 비율이 화학 양론적으로 바람직하게는 0.001 < '아연/(총 금속-아연)' < 10, 더욱 바람직하게는 0.01 < '아연/(총 금속-아연)' < 1, 가장 바람직하게는 0.03 < '아연/(총 금속-아연)' < 0.5이다. 아연이 상기 범위로 포함될 때 높은 포화 자화율을 가질 수 있다.

여기서 '아연의 함유'라 함은 금속 산화물 나노 입자 매트릭스의 결정학적 구조에서 아연 원자가 산소 원자 사이에 존재하는 양이온의 정공 (hole) 중에서 사면체 정공이나 팔면체 정공 사이로 들어가는 것을 의미한다. 따라서, 아연이 함유된 수용성 또는 수분산성 금속 산화물 나노 입자를 합성할 때, 먼저 금속 산화물 나노 입자 매트릭스가 성장된 후 매트릭스 상의 사면체 정공 또는 팔면체 정공에 존재하던 금속 원자를 아연이 치환하는 것이거나, 또는 금속 산화물 나노 입자의 성장 시에 금속 원자와 아연이 함께 결정 성장에 도입되어 아연이 산소 원자의 양이온 정공 중에서 사면체 정공이나 팔면체 정공 사이로 첨가되어 들어가도록 합성되는 것을 의미한다(예: ZnO + Fe₂O₃ -> ZnFe₂O₄). 특히, 이중 사면체 정공에 존재하는 아연이 나노 입자의 자화율을 증가시키는 역할을 하므로 중요하다. 또한, 상기 아연이 첨가되는 나노 입자의 금속 산화물의 조성은 비화학양론적인 경우도 가능하다.

본 발명의 '아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자'는 금속 산화물 나노 입자 매트릭스에 비교하여 뛰어난 포화 자화율 (M_s) 또는 자기 공명 영상 조영 효과 (R2 또는 R1)를 가진다. 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 바람직하게는 60 emu/g (자성 원자) 이상, 더 바람직하게는 100 emu/g (자성 원자) 이상의 포화자화율을 가지며, 가장 바람직하게는 125 emu/g (자성 원자)이상의 포화 자화율을 가지는 것을 특징으로 한다. 자화율이 상기 값을 가질 때 자기 공명 영상제로 효율적이다. 또 다른 관점에서 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 자기 공명 영상 조영 효과 (R2 또는 R1)가 바람직하게는 그 금속 산화물 나노 입자 매트릭스에 비해 10% 이상, 더 바람직하게는 40% 이상, 더 바람직하게는 100% 이상, 가장 바람직하게는 300% 이상 증가된 값을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 '아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자'는 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자에 수용성 다작용기 리간드 (multi-functional group ligand)가 결합되어 상기 나노 입자를 둘러싸고 있는 형태를 갖거나, 또는 특별한 리간드와 결합하지 않고 그 자체로 물에 용해되거나 분산되는 입자를 의미한다.

본 발명에서 '아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자'는 다양한 형태로 제공될 수 있는데 어떠한 아연이 함유된 금속 산화물질 코어와 다작용기 리간드를 선택하여 사용하느냐에 따라 결정된다.

본 발명의 명세서에서 '수용성 다작용기 리간드'는 아연이 함유된 나노 입자와 결합하여 나노 입자를 수용화 및 안정화하며, 생물/화학 활성 물질과의 결합을 가능하게 하는 리간드이다.

수용성 다작용기 리간드는 (a) 부착 영역(L_I, adhesive region)을 포함할 수 있고, (b) 활성 성분 결합 영역(L_Ⅱ, reactive region), (c) 교차 연결 영역(L_Ⅲ, cross linking region), 또는 상기 활성 성분 결합 영역 (L_Ⅱ)과 교차연결 영역 (L_Ⅲ)을 동시에 포함하는 활성 성분 결합 영역-교차 연결 영역 (L_Ⅱ-L_Ⅲ)을 추가로 포함할 수 있다. 이하에서 수용성 다작용기 리간드를 보다 구체적으로 설명한다.

상기 "부착 영역(L_I)"은 나노 입자와 부착할 수 있는 작용기(functional group)를 포함하는 다작용기 리간드의 일부분으로서, 바람직하게는 다작용기 리간드의 말단을 의미한다. 따라서 부착 영역은 나노 입자를 이루는 물질과 친화성이 높은 작용기를 포함하는 것이 바람직하다. 이 때 나노 입자와 부착 영역과의 결합은 이온 결합, 공유 결합, 수소 결합, 소수성 결합, 또는 금속-리간드 배위 결합으로 부착할 수 있다. 이에 따라 다작용기 리간드의 부착영역은 나노입자를 이루는 물질에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어 이온 결합, 공유 결합, 수소 결합, 금속-리간드 배위 결합을 이용한 부착 영역은 -COOH, -NH₂, -SH, -CONH₂, -PO₃H, -OPO₄H₂, -SO₃H, -OSO₃H, -N₃, -NR₃OH (R=C_nH_2n ₊₁, 0≤n≤16), -OH, -SS-, -NO₂, -CHO, -COX (X = F, Cl, Br, 또는 I), -COOCO-, -CONH-, 또는 -CN을 포함할 수 있고, 소수성 결합을 이용한 부착 영역은 탄소수 2개 이상으로 이루어진 탄화수소 체인을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 "활성 성분 결합 영역(L_Ⅱ)"은 화학 또는 생체 기능성 물질과 결합할 수 있는 작용기를 포함하는 다작용기 리간드의 일부분으로서, 바람직하게는 상기 부착 영역과 반대편에 위치한 말단을 의미한다. 상기 활성 성분 결합 영역의 작용기는 활성 성분의 종류 및 이의 화학식에 따라 달라질 수 있다(표 1 참조). 본 발명에서 활성 성분 결합 영역은 -SH, -CHO, -COOH, -NH₂, -OH, -PO₃H, -OPO₄H₂, -SO₃H, -OSO₃H, -NR₃ ⁺X^-(R= C_nH_m 0≤n≤16, 0≤m≤34, X = OH, Cl, Br), NR₄ ⁺X^-(R= C_nH_m 0≤n≤16, 0≤m≤34, X = OH, Cl, Br), -N₃, -SCOCH₃, -SCN, -NCS, -NCO, -CN, -F, -Cl, -I, -Br, 에폭시기, -ONO₂, -PO(OH)₂, -C=NNH₂, -HC=CH- 및 -C≡C-를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 "교차연결영역(L_Ⅲ)"은 근접한 다작용기 리간드와 교차연결할 수 있는 작용기를 포함하는 다작용기 리간드의 일부분, 바람직하게는 중심부에 부착된 곁사슬을 의미한다. "교차연결"이란 한 다작용기 리간드가 근접하여 위치한 다른 다작용기 리간드와 분자간 인력(intermolecular interaction)으로 결합되는 것을 의미한다. 상기 분자간 인력은, 소수성 인력, 수소 결합, 공유 결합 (예를 들어, 디설파이드 결합), 반데르 발스 결합, 이온 결합 등이 있지만, 이에 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 교차연결 할 수 있는 작용기는 목적으로 하는 분자간 인력의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 교차연결영역은 예를 들면 -SH, -CHO, -COOH, -NH₂, -OH, -PO₃H, -OPO₄H₂, -SO₃H, -OSO₃H, -NR₃ ⁺X^-(R= C_nH_m 0≤n≤16, 0≤m≤ 34, X = OH, Cl, Br), NR₄ ⁺X^-(R= C_nH_m 0≤n≤16, 0≤m≤34, X = OH, Cl, Br), -N₃, -SCOCH₃, -SCN, -NCS, -NCO, -CN, -F, -Cl, -I, -Br, 에폭시기, -ONO₂, -PO(OH)₂, -C=NNH₂, -C=C-, -C≡C-를 작용기로서 포함할 수 있다.

[표 1]

다작용기 리간드에 포함될 수 있는 활성성분 결합영역의 작용기의 예

(I: 다작용기 리간드의 활성성분 결합영역의 작용기, II: 활성성분, III: I과 II의 반응에 의한 결합 예)

본 발명에서는 상기된 바와 같은 작용기를 본래 보유한 화합물을 수용성 다작용기 리간드로서 이용할 수도 있지만, 당업계에 공지된 화학반응을 통하여 상기된 바와 같은 작용기를 구비하도록 변형 또는 제조된 화합물을 다작용기 리간드로서 이용할 수도 있다.

본 발명에 따른 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노입자에 있어서 바람직한 다작용기 리간드의 한 가지 예는 디머켑토숙신산이다. 디머켑토숙신산은 본래 부착영역, 교차연결영역 및 활성성분 결합영역을 포함하고 있기 때문이다. 즉, 디머켑토숙신산의 한쪽 -COOH는 금속 산화물 나노 입자에 부착되는 역할을 하고 말단부의 -COOH 및 -SH는 활성성분과 결합하는 역할을 한다. 또한 -SH의 경우 주변의 다른 -SH와 산화 과정을 통해 -SS- 결합을 이룸으로써 교차 연결 영역으로도 작용이 가능하다. 상기 디머켑토숙신산 (dimercaptosuccinic acid) 외에도 부착영역(L_I)의 작용기로 -COOH를, 활성성분 결합영역(L_II) 및 교차연결영역(L_III)의 작용기로 -COOH, -SH, -NH₂를 포함하는 화합물은 바람직한 다작용기 리간드로서 이용될 수 있다. 그러한 화합물의 또 다른 예로는 디머켑토말레산 (dimercaptomaleic acid), 디머켑토펜타다이오닉산 (dimercaptopentadionic acid) 등이 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노입자에 있어서 바람직한 다작용기 리간드의 한 가지 예는 테트라메틸암모늄하이드록사이드 (tetramethylamoniumhydroxide, TMAOH)이다. TMAOH는 부착영역 및 활성 성분 결합 영역을 포함하고 있기 때문이다. 즉, TMAOH의 한쪽 -OH는 금속 산화물 나노 입자의 표면에 부착하는 역할을 하며, 말단부의 N(CH₃)₄ ⁺는 활성 성분과 이온 결합을 통하여 결합된다. 상기 TMAOH 외에도 부착영역(L_I)의 작용기로 -OH를, 활성성분 결합영역(L_II)의 작용기로 N(CH₃)₄ ⁺또는 -N(CH₃)₃ ⁺를 포함하는 화합물은 바람직한 다작용기 리간드로서 이용될 수 있다. 그러한 화합물의 또 다른 예로는 테트라에틸암모늄하이드록사이드 (tetraethylamoniumhydroxide), 트리메틸암모늄-프로판올 (trimethylamoniumpropanol) 등이 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노입자에 있어서 바람직한 다작용기 리간드의 다른 예는 펩타이드(peptide)이다. 펩타이드는 아미노산으로 이루어진 올리고머/폴리머로서, 아미노산은 양 말단에 -COOH 또는 -NH₂ 작용기를 보유하고 있기 때문에 펩타이드는 자연적으로 부착영역과 활성성분 결합영역을 구비하게 된다. 또한 특히 교차 연결 영역으로 사용 가능한 곁사슬로 -SH, -COOH, -NH₂ 및 -OH 중 어느 하나 이상을 곁사슬로 갖는 아미노산을 하나 이상 포함하는 펩타이드는 바람직한 수용성 다작용기 리간드로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 수용성 나노 입자에 있어서 바람직한 다작용기 리간드의 다른 예는 단백질이다. 단백질은 펩타이드 보다 더 많은 아미노산, 즉 수백 내지 수십만 개의 아미노산으로 이루어진 폴리머로서, 양 말단에 -COOH와 -NH₂ 작용기를 보 유하고 있을 뿐만 아니라 수십 개의 -COOH, -NH₂, -SH, -OH, -CONH₂ 등을 포함하고 있다. 이로 인하여 단백질은 전술한 펩타이드처럼 그 구조에 따라 자연적으로 부착영역, 교차 연결 영역, 활성성분 결합영역을 구비할 수 있어 본 발명의 상전이 리간드로 유용하게 이용될 수 있다. 상전이 리간드로 바람직한 단백질의 대표적인 예로는 구조 단백질, 저장 단백질, 운반 단백질, 호르몬 단백질, 수용체 단백질, 수축 단백질, 방어 단백질, 효소 단백질 등이 있다. 보다 자세하게는 알부민 (albumin), 항체 (antibody), 이차 항체 (secondary antibody), 항원 (antigen), 아비딘 (avidin), 시토크롬 (cytochrome), 카세인 (casein), 미오신 (myosin), 글리시닌 (glycinine), 케로틴 (carotene), 콜라젠 (collagen), 구형 단백질 (globular protein), 경단백질 (light protein), 스트렙타비딘 (streptavidin), 프로테인 A (protein A), 프로테인 G (protein G), 프로테인 S (protein S), 면역글로불린 (immunoglobulin), 렉틴 (lectin), 셀렉틴 (selectin), 안지포이어틴 (angiopoietin), 항암 단백질 (anti-cancer protein), 항생 단백질 (anti-biotic protein), 호르몬 길항 단백질 (hormone antagonist protein), 인터루킨 (interleukin), 인터페론 (interferon), 성장인자 (growth factor) 단백질, 종양괴사인자 (tumor necrosis factor) 단백질, 엔도톡신 (endotoxin) 단백질, 림포톡신 (lymphotoxin) 단백질, 조직 플라스미노겐 활성제 (tissue plasminogen activator), 유로키나제 (urokinase), 스트렙토키나제 (streptokinase), 프로테아제 저해제 (protease inhibitor), 알킬 포스포콜린 (alkyl phosphocholine), 계면 활성제, 심혈관계 약물 단백질 (cardiovascular pharmaceuticals), 신경계 약물 (neuro pharmaceuticals) 단백질, 위장관계 약물 단백질 (gastrointestinal pharmaceuticals) 등을 들 수 있다.

본 발명에 따른 수용성 나노 입자에 있어서 바람직한 다작용기 리간드의 다른 예는 소수성 (hydrophobic) 작용기와 친수성 (hydrophilic) 작용기를 동시에 가지고 있는 양친성 (amphiphilic) 리간드이다. 유기 용매상에서 합성된 나노 입자의 경우 그 표면에는 소수성의 긴 탄소 체인으로 이루어진 리간드가 존재하고 있다. 이때 부가되는 양친성 리간드에 존재하는 소수성 작용기와 나노 입자 표면의 소수성 리간드가 분자간 인력에 의해 결합되어 나노 입자를 안정화 시키고 나노입자의 제일 바깥쪽에는 친수성 작용기가 드러나게 되어 결과적으로 수용성 나노 입자를 제조 할 수 있다. 여기서 분자간 인력은 소수성 결합, 수소 결합, 반데르발스 결합 등을 포함한다. 이때 나노 입자와 소수성 인력에 의해 결합되는 부분이 부착 영역(L_I)이며 이와 함께 유기화학적인 방법으로 양친성 리간드에 활성 성분 결합 영역 (L_II) 또는 교차 연결 영역 (L_III)을 도입할 수 있다. 또한 수용액상에서의 안정도의 증가를 위해 여러 개의 소수성 작용기와 친수성 작용기를 갖고 있는 고분자 다중 양친성 리간드를 이용하거나, 혹은 연결 분자를 이용하여 양친성 리간드를 서로 교차 연결 시켜 줄 수 있다. 이러한 상전이 리간드로 바람직한 양친성 리간드의 예로서, 먼저 소수성 작용기에 포함되는 것은 탄소의 수가 2 이상 되는 체인으로 이루어지고 선형이거나 가지 친 구조를 가지고 있는 소수성 분자로서 더욱 바람직하게 는 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, t-부틸, 옥틸, 데실, 테트라데실, 헥사데실, 아이코실, 테트라코실, 도데실, 및 시클로펜틸, 시클로헥실 등의 알킬작용기와 에티닐, 프로페닐, 이소프로페닐, 부테닐, 이소부테닐, 옥테닐, 데세닐, 올레일 등의 탄소-탄소 2중 결합 및 프로파이닐, 이소프로파이닐, 부타이닐, 이소부타이닐, 옥타이닐, 데사이닐 등의 탄소-탄소 3중 결합을 가지는 불포화된 탄소체인을 가지는 작용기 등을 들 수 있다. 또한 친수성 작용기에 포함되는 것은 -SH, -COOH, -NH₂, -OH, -PO₃H, -OPO₄H₂, -SO₃H, -OSO₃H -NR₃ ⁺X^- 등과 같이 특정 pH에서는 중성을 띠나 더 높거나 낮은 pH에서는 양전하 또는 음전하를 띠는 작용기들을 말한다. 또한 친수성 그룹으로서 고분자 및 블록코폴리머등이 사용 될 수 있으며 여기서 사용되는 단위소는, 에틸렌글라이콜 (ethyleneglycol), 아크릴릭산 (acrylic acid), 알킬아크릴릭산 (alkylacrylic acid), 아타코닉산 (ataconic acid), 말레익산 (maleic acid), 퓨마릭산 (fumaric acid), 아크릴아미도메틸프로페인술폰산 (acrylamidomethylpropanesulfonic acid), 비닐술폰산 (vinylsulfonic acid), 비닐인산 (vinylphosphoric acid), 비닐락틱산 (vinyllactic acid), 스타이렌술폰산 (styrenesulfonic acid), 알릴암모늄 (allylammonium), 아클릴로나이트릴 (acrylonitrile), N-비닐피롤리돈 (N-vinylpyrrolidone), N-비닐포름아마이드 (N-vinylformamide) 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 수용성 나노 입자에 있어서 바람직한 다작용기 리간드의 다른 예는 단당류, 이당류, 및 생분해성 고분자이다. 바람직한 예에는 글루코오스 (glucose), 만노오스(mannose), 퓨코오즈(fucose), N-아세틸글루코민 (N-acetylglucomine), N-아세틸갈락토사민 (N-acetylgalactosamine), N-아세틸뉴라민산 (N-acetylneuramic acid), 과당(fructose), 자일로스(xylose), 솔비톨 (sorbitol), 자당(sucrose), 말토오즈(maltose), 글리코알데히드 (glycoaldehyde), 디하이드록시아세톤 (dihydroxyacetone), 에리드로우즈(erythrose), 에리드루로즈(erythrulose), 아라비노우즈 (arabinose), 자이루로우즈(xylulose), 젖당(lactose), 트레할로우즈 (trehalose), 멜리보우즈 (mellibose), 셀로비오즈 (cellobiose), 라피노우즈 (lapinose), 멜레지토우즈 (melezitose), 말토리오즈 (maltoriose), 스타치오즈 (starchyose), 에스트로도우즈 (estrodose), 자이란 (xylan), 아라반 (araban), 헥소산 (hexosan), 프록탄 (proctan), 갈락탄 (galactan), 만난 (mannan), 아가로펙틴 (agarofectin), 알긴산 (arginic acid), 헤미셀룰로오즈 (hemicellulose), 하이프로멜로스 (hypromellose), 아밀로즈 (amylase), 디옥시 아세톤 (deoxyaceton), 글리세린알데히드 (glycerinealdehyde), 키틴 (chitin), 아가로오즈 (agarose), 덱스트란 (dextran), 리보즈 (ribose), 리부로오즈 (ribulose), 갈락토즈(galactose), 카르복시 메틸셀룰로오스 (carboxymethylcellulose) 및 글리코겐 덱스트란 (glycogen dextran), 카르보덱스트란 (carbodextran), 폴리사카라이드 (polysaccharide), 사이클로덱스트란 (cyclodextran), 풀루란 (pluronic), 셀룰로오즈 (cellulose), 녹말 (starch), 글리코겐 (glycogen), 카르보하이드레이트 (carbohydrate), 폴리포스파젠 (polyphosphagen), 폴리락타이드 (polylactide), 폴리락티드-코-글리콜라이드 (poly(lactic-co-glycolic acid)), 폴리카프로락톤 (polycaprolactone), 폴리안하이드라이드 (polyanhydride), 폴리말릭산 (polymaleic acid), 폴리말릭산의 유도체, 폴리알킬시아노아크릴레이트 (polyalkylcyanoacrylate), 폴리하이드로옥시부틸레이트 (polyhydroxybutylate), 폴리카르보네이트 (polycarbonate), 폴리오르소에스테르 (polyorthoester), 폴리에틸렌 글리콜 (polyethyleneglycol), 폴리-L-라이신 (poly-L-lysine), 폴리글리콜라이드 (polyglycolide), 폴리메틸메타아크릴레이트 (polymetacrylate), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone) 등이 포함된다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자의 활성성분 결합영역에 생체 기능성을 띠는 화학 기능성 분자 및 생체 기능성 물질을 결합시킨 아연이 함유된 금속 산화물 - 생물/화학 활성 물질 하이브리드 나노 입자를 제공한다.

본 발명에서 '아연이 함유된 금속 산화물 - 생물/화학 활성 물질 하이브리드 나노 입자'는 다작용기 리간드에 캡핑되어 수용화된 형태의 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자에 생물 활성 물질 (예: 항체, 단백질, 항원, 펩타이드, 핵산, 효소, 세포등) 또는 화학 활성 물질 (예: 단분자, 고분자, 무기 지지체, 형광체, 약물등)이 리간드의 활성 성분과 공유 결합, 이온 결합, 또는 소수성 결합을 통해 결합되어 있는 나노 입자를 의미한다.

본 발명에서 '아연이 함유된 금속 산화물 - 생물/화학 활성 물질 하이브리드 나노 입자'의 한 예로서 아연이 함유된 금속 산화물에 화학 기능성 분자가 결합된 형태이다. 화학기능성 분자에는 다양한 화학 기능성 단분자, 고분자, 무기 지지체, 무기 물질 및 생체 기능성 물질 등이 포함된다.

여기에서 단분자의 예로는 다양한 종류의 단분자로서 항암제, 항생제, 비타민, 폴산을 포함하는 약물, 지방산, 스테로이드, 호르몬, 퓨린, 피리미딘, 단당류, 이당류이 포함되지만 이에 한정되는 것은 아니다.

바람직한 화학 기능성 단분자는 말단 혹은 곁사슬에 -COOH, -NH₂, -SH, -SS-, -CONH₂, -PO₃H, -OPO₄H₂, -PO₂(OR¹)(OR²) (R¹,R² = C_sH_tN_uO_wS_xP_yX_z, X= -F, -Cl, -Br 또는 -I, 0≤s≤20, 0≤t≤2(s+u)+1, 0≤u≤2s, 0≤w≤2s, 0≤x≤2s, 0≤y≤2s, 0≤z≤2s), -SO₃H, -OSO₃H, -NO₂, -CHO, -COSH, -COX, -COOCO-, -CORCO- (R= C_lH_m, 0≤l≤3, 0≤m≤2l+1), -COOR, -CN, -N₃, -N₂, -NROH (R= C_sH_tN_uO_wS_xP_yX_z, X= -F, -Cl, -Br 또는 -I, 0≤s≤20, 0≤t≤2(s+u)+1, 0≤u≤2s, 0≤w≤2s, 0≤x≤2s, 0≤y≤2s, 0≤z≤2s), -NR¹NR²R³ (R¹,R²,R³= C_sH_tN_uO_wS_xP_yX_z, X= -F, -Cl, -Br 또는 -I, 0≤s≤20, 0≤t≤2(s+u)+1, 0≤u≤2s, 0≤w≤2s, 0≤x≤2s, 0≤y≤2s, 0≤z≤2s), -CONHNR¹R² (R¹, R²= C_sH_tN_uO_wS_xP_yX_z, X= -F, -Cl, -Br 또는 -I, 0≤s≤20, 0≤t≤2(s+u)+1, 0≤u≤2s, 0≤w≤2s, 0≤x≤2s, 0≤y≤2s, 0≤z≤2s), -NR¹R²R³X' (R¹,R²,R³ = C_sH_tN_uO_wS_xP_yX_z, X= -F, -Cl, -Br, 또는 -I, X'= F^-, Cl^-, Br^-, 또는 I^-, 0 ≤s≤20, 0≤t≤2(s+u)+1, 0≤u≤2s, 0≤w≤2s, 0≤x≤2s, 0≤y≤2s, 0≤z≤2s), -OH, -SCOCH₃, -F, -Cl, -Br, -I, -SCN, -NCO, -OCN, -에폭시, -C=NNH₂, -HC=CH- 및 -C≡C- 그룹에서, 하나 이상의 작용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고분자의 예로는 덱스트란 (dextran), 카르보덱스트란 (carbodextran), 폴리사카라이드 (polysaccharide), 사이클로덱스트란 (cyclodextran), 풀루란 (pluronic), 셀룰로오즈 (cellulose), 녹말 (starch), 글리코겐 (glycogen), 카르보하이드레이트 (carbohydrate), 단당류 (monosaccharide), 이당류 (bisaccharide) 및 올리고당류 (oligosaccharide), 폴리포스파젠 (polyphosphagen), 폴리락타이드 (polylactide), 폴리락티드-코-글리콜라이드 (poly(lactic-co-glycolic acid)), 폴리카프로락톤 (polycaprolactone), 폴리안하이드라이드 (polyanhydride), 폴리말릭산 (polymaleic acid) 및 폴리말릭산의 유도체, 폴리알킬시아노아크릴레이트 (polyalkylcyanoacrylate), 폴리하이드로옥시부틸레이트 (polyhydroxybutylate), 폴리카르보네이트 (polycarbonate), 폴리오르소에스테르 (polyorthoester), 폴리에틸렌 글리콜 (polyethyleneglycol), 폴리-L-라이신 (poly-L-lysine), 폴리글리콜라이드 (polyglycolide), 폴리메틸메타아크릴레이트 (polymetacrylate), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone) 등이 포함된다.

상기 무기 지지체의 예로는 금속 산화물, 금속 칼코겐 화합물, 무기 세라믹 물질, 탄소 물질, II/VI족, III/V족, 및 IV족 반도체 기판, 금속 기판, 또는 이의 복합체 등이다. 바람직하게는 실리카(SiO₂), 티타니아(TiO₂), 인듐틴옥사이드(ITO), 나노튜브, 흑연, 플러렌, CdS, CdSe, CdTe, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, Si, GaAs, AlAs, Au, Pt, Ag, Cu 등이 있다.

상기 무기 물질은 금속 산화물 1, 2족 금속 원소, 전이금속 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 및 악티늄 족 원소로 이루어진 그룹으로부터 1종 이상 선택된 원소로 구성된 금속 산화물), 반도체 (13족 원소, 12족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소 중에서 2종 이상 선택된 원소로 구성된 반도체), 전이 금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 및 16족 원소로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 아연이 함유된 금속 산화물-생물/화학 활성 물질 하이브리드 나노 입자의 한 예는 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자와 생체 기능성 물질이 선택적으로 결합된 형태의 것이다. 생체 기능성 물질은 단백질, 펩타이드, DNA, RNA, 생체 기능성 약물을 포함하며, 바람직하게는 항원, 항체, DNA, RNA 합텐(hapten), 아비딘(avidin), 스트렙타비딘(streptavidin), 뉴트라비딘 (neutravidin), 프로테인 A (protein A), 프로테인 G (protein G), 렉틴(lectin), 셀렉틴(selectin)과 같은 조직 특이적 결합 성분들(tissue-specific binding substances), 항암제 (anti-cancer agent), 항생제 (antibiotic), 호르몬 (hormone), 호르몬 길항제 (hormone antagonist), 인터루킨(interleukin), 인터페론(interferon), 성장 인자(growth factor), 종양 괴사 인자(tumor necrosis factor), 엔도톡신(endotoxin), 림포톡신(lymphotoxin), 유로키나제(urokinase), 스트렙토키나제(streptokinase), 조직 플라스미노겐 활성제(tissue plasminogen activator), 프로테아제 저해제(protease inhibitor), 알킬 포스포콜린(alkyl phosphocholine), 계면활성제, 심혈관계 약물(cardiovascular pharmaceuticals), 위장관계 약물(gastrointestinal pharmaceuticals), 신경계 약물(neuro pharmaceuticals)과 같은 약제학적 활성성분, 가수 분해 효소 (hydrolase), 산화-환원 효소 (redox enzyme), 분해 효소 (lyase), 이성질화 효소 (isomerization enzyme), 합성효소 (synthetase) 등의 생체활성 효소, 효소 공인자 (enzyme cofactor), 효소 억제제 (enzyme inhibitor) 등이 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다.

이하에서, 본 발명의 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노입자의 제조방법에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노 입자는 당업계에 알려진 기상(gas phase)에서의 나노 입자 합성법 또는 수용액, 유기용액, 또는 다용액계 등의 액상 (liquid phase)에서의 나노 입자 합성법을 통해 얻어질 수 있다.

본 발명의 나노입자의 바람직한 제조방법의 하나의 예로서, (1) 수불용성 나노 입자를 유기 용매에서 합성하는 단계, (2) 상기 수불용성 나노 입자를 제 1용매에 분산하고 수용성 다작용기 리간드를 제 2용매에 분산하는 단계, (3) 상기 단계 (2)에 따른 두 용액을 혼합하여 수불용성 나노 입자의 표면에 다작용기 리간드를 도입시키고 수용액에 분산하여 분리하는 단계를 거쳐서 제조할 수 있다.

상술한 제조방법의 단계 (1)은 수불용성 나노 입자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 한 예로서 표면 안정제를 포함하는 유기 용매에 나노 입자 선구 물질을 투입하고 나노 입자를 제조하기에 적합한 50 ~ 600℃, 바람직하게는 100 ~ 600℃의 온도 및 시간을 유지해서 상기 나노 입자 선구 물질을 화학 반응하여 나노 입자를 성장시킨 다음 이로부터 형성된 수불용성 나노 입자를 분리 및 정제하는 단계를 거쳐서 수불용성 나노 입자를 제조할 수 있다.

상기 나노 입자 선구물질은 금속 니트레이트 계열의 화합물, 금속 설페이트 계열의 화합물, 금속 아세틸아세토네이트 계열의 화합물, 금속 플루오르아세토아세테이트 계열의 화합물, 금속 할라이드 계열의 화합물, 금속 퍼클로로레이트 계열의 화합물, 금속 알킬옥사이드 계열의 화합물, 금속 썰파메이트 계열의 화합물, 금속 스티어레이트 계열의 화합물 또는 유기 금속 계열의 화합물이 이용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 유기 용매로는 벤젠계 용매, 탄화수소 용매, 에테르계 용매, 폴리머 용매, 이온성 액체 용매가 이용될 수 있으며 바람직하게는, 벤젠, 톨루엔, 할로벤젠, 옥탄, 노난, 데칸, 벤질 에테르, 페닐 에테르, 탄화수소 에테르, 폴리머 용매, 이온성 액체 용매가 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 제조방법의 단계 (2)에서는 앞서 제조된 나노 입자를 제 1 용매에 분산하는 한편 다작용기 리간드를 제 2 용매에 분산시킨다. 상기 제 1 용매로는 벤젠계 용매, 탄화수소 용매, 에테르계 용매, 할로 탄화수소, 알코올류, 술폭사이드계 용매, 아마이드계 용매 등이 이용될 수 있으며, 바람직하게는 상기 제 1 용매로는 벤젠, 톨루엔, 할로벤젠, 펜탄, 헥산, 노난, 데칸, 벤질 에테르, 페닐 에테르, 탄화수소 에테르, 염화메틸렌, 브롬화 메탄, 메탄올, 에탄올, 디메틸술폭사이드, 디메 틸포름아마이드 등이 이용될 수 있다. 상기 제 2 용매로는 전술한 제1 용매로서 이용될 수 있는 용매 외에도 물이 이용될 수 있다.

상기 제조방법의 단계 (3)에서는 상기 두 용액을 혼합하는데, 이때에 수불용성 나노 입자의 유기성 표면 안정제가 수용성 다작용기 리간드로 치환된다. 이와 같이 수용성 다작용기 리간드로 치환된 나노 입자는 당업계에 공지된 방법을 이용하여 분리할 수 있다. 바람직하게는 원심분리 또는 여과를 이용하여 분리한다. 상기 분리 후에는 보다 안정하게 분산되어 있는 수용성 나노 입자를 수득하기 위해서 적정(titration)하는 단계를 거쳐 pH를 5 내지 10으로 조절하는 것이 바람직하다.

전술한 방법을 통해 합성된 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 균일한 크기 분포 (크기 분포도 (σ) < 10%) 및 높은 결정성을 갖게 된다. 또한 본 방법을 이용하면 나노 입자 매트릭스내의 아연 함유율의 정밀한 조절이 가능하다. 즉, 반응시 아연과 다른 금속 선구 물질의 혼합 비율을 변화시키면, 나노 입자 내의 아연 함유 비율을 화학 양론비로 0.001 < '아연/(총 금속-아연)' < 10까지 조절이 가능하다. 특히 사면체 정공에 아연의 배치가 원활해져서 자화율의 증대를 가져온다.

아연이 함유된 금속 산화물 자성 나노 입자 영상제를 얻기 위해 전술한 방법처럼 반드시 유기 용매상에서 합성된 나노 입자를 상전이 과정을 거처 수용성 나노 입자로 만들지 않고, 나노 입자 선구물질의 수용액 내의 화학반응을 통한 결정 성장을 통해 합성될 수도 있다. 이 방법은 다작용기 리간드를 포함하는 수용액에 아연 선구물질을 첨가함으로서 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노 입자를 합성하는 방법으로 기존의 공지된 수용성 나노 입자의 합성 방법을 통해 이루어질 수 있다. 본 발명에서 제시한 아연을 함유한 금속 산화물 자성 나노 입자는 제법에 한정되지 않고 증강된 자성 및 자기 공명 영상 신호 증강 효과를 갖는다.

제조된 수용성 나노입자의 예는 표 2에 기술하였다.

[표 2]

이하에서, 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노 입자를 포함한 자기 공명 영상제의 응용에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 발명의 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 기존의 금속 산화물 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제에 비교하여 우수한 자화율을 가지기 때문에 훨씬 더 높은 수준의 고감도 진단을 가능케 할 수 있다. 또한 기존의 사용되던 자기 공명 영상제에 비해 더 적은 양만 사용해도 원하는 정도의 신호 증가 효과를 가져 올 수 있어 기존의 물질에 비해 체내 독성 및 부작용이 줄어들 것으로 기대된다.

또한, 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 기존의 산화철 나노 입자에 비해 훨씬 뛰어난 자기 공명 영상 조영 효과 (R2 또는 R1)를 보여주므로 기존의 자기 공명 영상을 이용한 진단을 획기적으로 발전시켜 질병의 조기 진단 및 극소량의 생체 분자의 검출을 가능하게 한다. 일반적으로 암세포, 뇌졸중, 심근 경색이 일어난 부위의 표면에는 특별하게 과발현되는 생물학적 표지자가 존재하고 있다. 이러한 생물학적 표지자와 선택적으로 결합이 가능한 표적 특이성 물질 (예: 항체, 단백질, 핵산, 펩타이드, 효소 등의 생체 고분자 및 화학분자)은 당업계에 공지된 방법에 의해 얻을 수 있다. 또는 이미 알려진 물질을 사용할 수도 있다. 이와 같은 방법으로 얻은 표적 특이성 물질을 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노입자의 활성 성분 결합영역과 결합시켜 합성된 하이브리드 입자는 질병 유발 물질과 선택적으로 결합할 수 있게 된다. 이렇게 해서 질병부위에 표지된 자성 입자는 자기 공명 영상 신호를 보이게 되어 진단이 가능하게 된다.

본 발명의 자기 공명 영상제에 함유된 아연의 경우 인체의 필수 원소로서 아연이 결합된 단백질들은 주로 효소로 작용하여 인체 대사 활성화에 중요한 역할을 하기 때문에 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 기존의 산화철 계열의 영상제와 마찬가지로 생체 친화적이다.

아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노 입자는 또한 다른 진단 프로브와 결합되어 이중 또는 다중 진단 프로브로 사용될 수 있다.

예를 들면, 아연이 함유된 수용성 금속 산화물에 T1 자기 공명 영상 진단 프로브를 결합시키면 T2 자기 공명 영상 및 T1 자기 공명 영상 진단을 동시에 진행할 수 있다,

본 발명의 자기 공명 영상제는 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노입자에 방사성 동위 원소가 결합될 수 있고, 단일 광자 방출 컴퓨터 단층촬영 (SPECT, Single Photon Emission Computed Tomography) 또는 양전자 방출 단층촬영 (PET, Positron Emission Tomography)에 사용될 수 있다.

본 발명의 자기 공명 영상제는 또한 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노 입자에 형광 물질이 결합될 수 있고, 광학 이미징 및 분광 (Optical Imaging and Spectroscopy)에 사용될 수 있다.

또한 본 발명의 자기 공명 영상제는 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노 입자에 X-ray 진단제인 바륨 셀페이트 및 요오드와 결합되거나 초음파 검사용 진단제인 마이크로버블등과 결합되어 X-ray 및 초음파 검사에도 사용될 수 있다.

[발명의 실시를 위한 형태]

이하, 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예

실시예 1: 식 Zn _x M ₁ _- _x Fe ₂ O ₄ (M = Fe 또는 Mn , x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8)의 조성 및 15 nm 의 코어 크기를 가지고 디머캡토숙신산으로 코팅된 아연이 함유된 페라이트 나노 입자 자기 공명 영상제의 합성

본 명세서에서 기술된 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 예로 식 Zn_xM₁ _- _xFe₂O₄ (M = Fe 또는 Mn, x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8)의 조성을 갖고 15 nm의 코어 크기를 갖는 아연이 함유된 페라이트 나노 입자 자기 공명 영상제는 대한민국 특허 제10-0604975호, 제10-0652251, 제10-0713745, PCT/KR2004/002509, 대한민국 특허 제 10-0604975호, PCT/KR2004/003088, PCT/KR2007/001001, 대한민국 특허출원 2006-0018921호에 나타난 방법들을 기반으로 합성된다. 20 mmol의 올레산 및 올레일아민을 포함하는 트리옥틸아민 용액에 ZnCl₂, FeCl₂ 또는 MnCl₂, Fe(acac)₃ 을 2시간 동안 200℃ 및 300 C에서 열분해 시켜 15 nm Zn_xM₁ _- _xFe₂O₄ (M = Fe 또는 Mn, x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8) 나노 입자를 합성한다. 아연의 함유 비율을 x = 0.1 ~ 0.8까지 조절하기 위해서는 선구 물질인 ZnCl₂, FeCl₂의 비율을 조절하여 같은 방법으로 반응 시킨다. 이렇게 만들어진 아연이 함유된 페라이트 나노 입자는 과량의 에탄올로 침전시키고 분리한 뒤 나노 입자는 다시 톨루엔으로 재분산시켜 콜로이드 용액 상태로 만든다.

이 후 20 mg/ml로 톨루엔상에 분산되어 있는 나노 입자에 과량의 디머캡토숙신산이 녹아 있는 DMSO 용액을 넣어주고 2 시간 동안 반응시킨 뒤 나노 입자를 원 심 분리하여 분리해낸 뒤 물에 분산시킨다.

도 1 (가) 및 도 2는 전술한 방법으로 합성된 Zn_xM₁ _- _xFe₂O₄ (M = Fe 또는 Mn, x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8) 나노 입자로서 15 nm 크기의 균일한 구형 형태를 가지고 있다 (크기 분포도 σ < 10%). 또한 고분해능 전자 현미경 (도 1 (나)) 및 엑스레이 회절 패턴 (도 1 (다))을 통해 분석된 본 나노 입자는 스피넬 구조로서 높은 결정성을 가지고 있다. 아연의 함유량은 Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscopy (ICP-MS) 및 Energy Dispersive Atomic Emission Spectra of X-ray (EDAX)를 통해 분석되었으며 본 방법으로 아연의 함유량의 정밀한 조절이 가능함을 확인하였다 (도 3).

본 나노 입자의 아연 함유율, 코어 크기, 사용한 수용성 다작용기 리간드, 자화율, 및 MRI 조영효과는 표 2의 화합물 번호 13~33, 57~77에 나타내었다.

실시예 2: 식 Zn ₀ _.4 M ₀ _.6 Fe ₂ O ₄ (M = Fe 또는 Mn ) 의 조성 및 6, 9, 12 nm 의 코어 크기를 가지고 디머캡토숙신산으로 코팅된 아연이 함유된 페라이트 나노 입자 자기 공명 영상제의 합성

10 mmol의 올레산 및 30 mmol의 올레일아민을 포함하는 트리옥틸아민 용액에 ZnCl₂, FeCl₂ 또는 MnCl₂, Fe(acac)₃ 을 3시간 동안 180℃ 및 250℃에서 열분해 시켜 6 nm Zn₀ _.4M₀ _.6Fe₂O₄ (M = Fe 또는 Mn) 나노 입자를 합성한다. 9 nm 및 12 nm와 같이 다른 크기를 갖는 나노 입자를 합성하기 위해서는 같은 양의 선구 물질을 올레산 및 올레일아민의 비율이 변화된 트리옥틸아민 용액에 집어 넣고 같은 방법으로 가열하여 반응시킨뒤 침전시켜 얻는다.

이 후 20 mg/ml로 톨루엔상에 분산되어 있는 나노 입자에 과량의 디머캡토숙신산이 녹아 있는 DMSO 용액을 넣어주고 2 시간 동안 반응시킨 뒤 나노 입자를 원심 분리하여 분리해낸 뒤 물에 분산시킨다.

이러한 방법으로 합성된 나노 입자는 균일한 크기의 구형의 형태를 가지고 있으며 아연의 함유량은 ICP-MS 및 EDAX를 통해 분석되었다. 본 나노 입자의 아연 함유율, 코어 크기, 사용한 수용성 다작용기 리간드, 및 자화율은 표 2의 화합물 번호 1~12, 34~56에 나타내었다.

실시예 3: 식 Zn _x M ₁ _- _x Fe ₂ O ₄ (M = Co 또는 Ni , x = 0.3, 0.4)의 조성 및 12 nm의 코어 크기를 가지고 디머캡토숙신산으로 코팅된 아연이 함유된 페라이트 계열 나노 입자 자기 공명 영상제의 합성

본 명세서에서 기술된 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 예로 식 Zn_xM₁ _- _xFe₂O₄ (M = Co 또는 Ni, x = 0.3, 0.4)의 조성을 갖고 12 nm의 코어 크기를 갖는 아연이 함유된 페라이트 나노 입자 자기 공명 영상제는 다음과 같은 방법으로 합성된다. 20 mmol의 올레산 및 올레일아민을 포함하는 트리옥틸아민 용액에 ZnCl₂, CoCl₂ 또는 NiCl₂, Fe(acac)₃ 을 2 시간 동안 200℃ 및 300℃에서 열분해 시켜 12 nm Zn₀ _.3M₀ _.7Fe₂O₄ (M = Co 또는 Ni) 나노 입자를 합성한 다. 아연의 함유 비율을 조절하기 위해서는 선구 물질인 ZnCl₂, CoCl₂ 또는 NiCl₂의 비율을 조절하여 같은 방법으로 반응 시킨다.

이러한 방법으로 합성된 나노 입자는 균일한 크기의 구형의 형태를 가지고 있으며 아연의 함유량은 ICP-MS 및 EDAX를 통해 분석되었다. 본 나노 입자의 아연 함유율, 코어 크기, 사용한 수용성 다작용기 리간드는 표 2의 화합물 번호 78-93에 나타내었다.

실시예 4. 식 Zn _x M _y O _z (M = Mn , Co , Ni )의 조성을 가지고 테트라메틸암모늄하이드록사이드 ( tetramethylammoniumhydroxide ( TMAOH ))으로 코팅된 아연이 함유된 산화물 나노 입자 자기 공명 영상제의 합성

본 명세서에서 기술된 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 예로 식 Zn_xM_yO_z (M = Mn, Co, 또는 Ni)의 조성을 가지고 아연이 함유된 산화망간 나노 입자 자기 공명 영상제는 다음과 같은 방법으로 합성된다. 0.5 mmol의 올레산 및 6.5 mmol의 올레일아민을 포함하는 트리옥틸아민 용액에 ZnCl₂ 및 MCl₂ (M = Mn, Co, 또는 Ni)을 1 시간동안 270℃에서 열분해 시켜 Zn_xM_yO_z (M = Mn, Co, 또는 Ni) 나노 입자를 합성한다. 이렇게 합성된 50 mg/ml의 농도로 1 ml의 톨루엔에 분산되어 있는 아연이 함유되어 있는 산화물 나노 입자를 과량의 에탄올을 사용하여 침전시킨 뒤, TMAOH 용액 5 ml에 재분산 시켜 수용액에 분산시킨다. 합성된 나노 입자는 Zn₀ _.4Mn₂ _.6O₄, Zn₀ _.2Co₀ _.8O, Zn₀ _.2Ni₀ _.8O의 조성을 가지고 있으며 코어의 크기는 각 6, 7, 10 nm이다. 아연의 함유량은 ICP-MS 및 EDAX를 통해 분석되었고, 본 나노 입자의 아연 함유율, 코어 크기, 사용한 수용성 다작용기 리간드는 표 2의 화합물 번호 94-102에 나타내었다.

실시예 5: 여러 종류의 금속 첨가물이 함유된 산화철 나노 입자 매트릭스의 포화 자화율 비교

어떤 종류의 금속 첨가물이 나노 입자 매트릭스의 포화 자화율을 증가시키는지를 살펴 보기 위해 다양한 종류의 금속 첨가물 (Ni, Co, Mn, Zn)이 함유된 산화철 나노 입자를 같은 크기로 (15 nm) 합성하고 MPMS Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) Magnetometer를 이용하여 상온에서 포화 자화율 (M_s)을 측정하였다. 산화철 및 Ni, Co 및 Mn이 함유된 산화철 나노 입자는 대한민국 특허 제10-0604975호, 제10-0652251, 제10-0713745, PCT/KR2004/002509, 대한민국 특허 제 10-0604975호, PCT/KR2004/003088, PCT/KR2007/001001, 대한민국 특허출원 2006-0018921호에 명시된 방법을 통하여 합성하였으며, Zn이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 실시예 1에 의해 합성되었다. 결과, 도 4에서 보인것처럼 Ni 및 Co 가 함유된 나노 입자의 경우에는 산화철 나노 입자 매트릭스의 포화 자화율 (114 emu/g (자성 원자))보다 오히려 감소된 값을 보이고 있고, 망간이 함유된 나노 입자의 경우 포화 자화율이 125 emu/g (자성 원자)로 산화철 보다 조금 증가된 값을 보인다. 이에 비해 아연이 함유된 산화철 나노 입자의 경우에는 Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄ 161 emu/g (자성 원자) 및 Zn₀ _.4Mn₀ _.6Fe₂O₄ 175 emu/g (자성 원자) 으로 매트릭스인 산화철에 비해 각각 47 및 61 emu/g (자성 원자)만큼 증가된 포화 자화율을 나타내었다.

이러한 포화 자화율의 증가는 근사치로 볼 때 제곱값에 비례하여 T2 자기 공명 영상 신호를 증가시키는 것으로 알려져 있기 때문에 본 명세서에서 제시하는 아연이 함유된 금속 산화물 자성 나노 입자가 획기적으로 증대된 자기 공명 영상 조영 효과를 가질 것이라는 것을 예측할 수 있다 (Koenig, S. H. et al . Magn . Reson. Med . 1995, 34, 227-233).

실시예 6: 아연이 함유되지 않은 금속 페라이트 나노 입자와 ( MFe ₂ O ₄ , M = Mn, Fe , Co , Ni )와 아연이 함유된 금속 페라이트 나노 입자( Zn ₀ _.3 M ₀ _.7 Fe ₂ O ₄ , M = Mn , Fe, Co , Ni )의 자기 공명 영상 효과 비교

다음으로 나노 입자 매트릭스의 종류를 변화 시켜 다양한 종류의 나노 입자 매트릭스에서도 아연이 함유될 때, 더 우수한 자기 공명 영상 조영 효과를 나타내는지 확인하였다. 이를 위해 실시예 1~5에서 합성된 다양한 종류의 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자 (Zn₀ _.3M₀ _.7Fe₂O₄, M = Mn, Fe, Co, 또는 Ni)와 아연이 함유되 지 않은 금속 산화물 나노입자 MFe₂O₄ (M = Mn, Fe, Co, 또는 Ni)를 합성하여 이들의 스핀 에코 T2 자기 공명 영상 조영 효과를 비교하였다. 각각 얻어진 나노 입자는 도 5 (가), (나)에 나타내었듯이 모두 같은 크기의 균일한 15 nm 크기의 구형 형태이며, 그 표면은 디머캡토숙신산으로 코팅되어 있다.

얻어진 나노 입자의 실제 자기 공명 영상의 조영 효과를 보기 위하여 고속 스핀 에코 T2 자기 공명 영상을 측정하였다. 이를 위해 sense-flex-M 코일이 장착된 3 Tesla 자기 공명 영상 (Achieva; Philips Medical Systems, Best, The Netherlands) 시스템을 사용하였다. 자기 공명 영상 결과는 고속 스핀 에코 (FSE) 연쇄를 이용하여 얻었다. 구체적인 파라미터는 다음과 같았다: 해상도 256 x 256 ㎛, 절편두께 1 mm, TE = 100 ms, TR = 4000 ms, FOV= 10 x 10 cm², 영상여기횟수 2.

도 5의 (다)에 나타내었듯이 아연이 포함된 금속 페라이트(Zn₀ _.3M₀ _.7Fe₂O₄)가 아연이 포함되지 않은 금속 페라이트(MFe₂O₄)와 비교하여 항상 약 2~3배의 증대된 자기 공명 영상 신호 (어두운 색)을 나타내었다. 조영효과 척도인 R2 이완 계수 (농도 변화에 따른 R2 변화율)의 경우, 아연이 함유된 망간 페라이트 Zn₀ _.3Mn₀ _.7Fe₂O₄ 가 45.9 mM^-1sec^- ¹ 의 이완계수를 나타내어, 아연이 함유되지 않은 망간 페라이트의 R2 이완 계수 21.8 mM^-1sec^-1에 비해 훨씬 증가된 이완 계수 값을 갖으며, Zn_0.3Fe_0.7Fe₂O₄, Zn₀ _.3Co₀ _.7Fe₂O₄ _,Zn₀ _.3Ni₀ _.7Fe₂O₄ 의 경우에도 37.4 mM^-1sec^-1, 34.4 mM^-1sec^-1, 18.7 mM^-1sec^-1로 각각 아연이 함유되지 않은 Fe₃O₄, CoFe₂O₄ _,NiFe₂O₄ 의 13.6 mM^-1sec^-1, 12.4 mM^-1sec^-1, 6.7 mM^-1sec^-1에 비해 더 증가된 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.

실시예 7: 아연의 함유량에 따른 Zn _x M ₁ _- _x Fe ₂ O ₄ (M = Fe 또는 Mn , x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8)의 포화 자화율 비교

다음으로 아연의 함유량이 나노 입자의 포화 자화율 및 자기 공명 영상 조영효과에 미치는 영향을 확인하였다. 이를 위해 실시예 1에 따라 15 nm의 크기를 갖는 Zn_xM₁ _- _xFe₂O₄ (M = Fe 또는 Mn, x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8)를 합성하였고 MPMS SQUID Magnetometer를 사용하여, 3 Tesla에서의 포화 자화율을 측정하였다 (도 6).

결과, Zn_xMn₁ _- _xFe₂O₄ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8) 나노 입자의 포화 자화율 (M_s)은 각 125, 140, 154, 166, 175, 137 emu/g (자성원자)로 나타났으며 이와 비슷하게 Zn_xFe₃ _- _xO₄ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8) 나노 입자의 포화 자화율 (M_s)도 114, 126, 140, 152, 161, 115 emu/g Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄ (자성원자) 으로 나타났다. 특이할 점은 두 종류의 나노 입자 모두에서 x = 0.4의 경우에 Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄ 161 emu/g (자성원자) 및 Zn₀ _.4Mn₀ _.6Fe₂O₄ 175 emu/g (자성원자)의 최대 M_s를 보였으며 이 결과는 현재까지 발견된 어떤 금속 산화물 나노 입자의 M_s보다 높은 값이다.

실시예 8: 아연의 함유량에 따른 Zn _x M ₁ _- _x Fe ₂ O ₄ (M = Fe 또는 Mn , x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8)의 R2 자기 공명 이완율 비교

실시예 7에서 확인한 Zn_xM₁ _- _xFe₂O₄ 나노 입자의 아연 함유량에 따른 포화 자화율의 변화가 실제 자기 공명 영상 조영 효과의 증가를 가져올 수 있는지 확인하였다. 이를 위해 sense-flex-M 코일이 장착된 3 Tesla 자기 공명 영상 시스템을 사용하여 Zn_xM₁ _- _xFe₂O₄ (M = Fe 또는 Mn, x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8) 나노 입자의 자기 공명 영상 조영 효과를 측정하였다. 자기 공명 영상 결과는 고속 스핀 에코 (FSE) 연쇄를 이용하여 얻었다. 구체적인 파라미터는 다음과 같았다: 해상도 256 x 256㎛, 절편두께 1 mm, TE = 100 ms, TR = 400 ms, FOV= 10 x 10 cm², 영상여기횟수 2.

도 7 (가)에서 나타낸 것과 같이 Zn_xMn₁ _- _xFe₂O₄,Zn_xFe₃ _- _xO₄ 나노 입자 모두에서 아연의 함유율이 증가함에 따라 T2 자기 공명 영상 신호가 어두운 색으로 변하는 것을 관찰하였으며 (색을 입힌 이미지에서는 푸른색으로 변함 (도 7(나)), Zn_xMn_{1- x}Fe₂O₄ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8)나노 입자의 경우 동일 농도 (금속 원자 기준)에서 각 0.0025, 0.0034, 0.0041, 0.0046, 0.0052, 0.0036 msec^-1의 R2를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이와 마찬가지로 Zn_xFe₃ _- _xO₄ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8)나노 입자의 경우에도 각 0.0012, 0.0024, 0.0031, 0.0038, 0.0045, 0.0016 msec^-1의 R2를 갖는 것을 확인하였다 (도 7 (다)). 특히, x = 0.4의 경우의 R2는 두 나노 입자에서 각 0.0052 및 0.0045 msec^-1로서 이는 현재 상용화된 자기 공명 영상제인 Feridex (0.0015 msec^-1) 및 CLIO (Cross-Linked Iron Oxide) (0.0008 msec^-1)와 비교하여 Zn₀ _.4Mn₀ _.6Fe₂O₄ 나노 입자는 동일 농도 (금속 원자 기준)에서 각 350% 및 650%, Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄ 나노 입자는 각 300% 및 560% 향상된 신호 증강 효과를 가지고 있음을 알 수 있다.

실시예 9: 식 Zn _x Fe ₃ _- _x O ₄ (x = 0.2, 0.4)의 조성을 가지는 아연이 함유된 페라이트 나노 입자의 수용액에서의 합성

본 발명에서 제시하는 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제는 전술한 유기 용매상에서 상전이과정을 통하여 제조된 나노 입자에만 국한되지 않고, 수용액 상에서 다음과 같은 방법을 거쳐 제조될 수도 있다.

Zn_xFe₃ _- _xO₄ (x = 0.2, 0.4)의 조성을 가지는 아연이 함유된 산화철 나노 입자 를 수용액상에서 합성하기 위해, 나노 입자의 선구 물질인 Zn(acac)₂ㆍ2H₂O 20 mg, FeCl₂ㆍ4H₂O 60 mg, FeCl₃ㆍ6H₂O 240 mg를 10 ml의 물에 용해 시킨뒤, 3.2 M 농도의 NH₄OH 용액 1ml를 넣어주고 20분간 강하게 저어주면서 반응 시켜 Zn₀ _.2Fe₂ _.8O₄ 나노 입자를 얻을 수 있었다. 또한 Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄ 나노 입자를 얻기 위해서는 선구 물질인 Zn(acac)₂ㆍ2H₂O, FeCl₂ㆍ4H₂O 의 양을 각각 40 mg씩 사용하여 같은 조건에서 반응함으로써 얻을 수 있었다.

도 8는 상기 방법으로 합성된 Zn_xFe₃ _- _xO₄ (x = 0.2, 0.4) 나노 입자의 전자 현미경 사진 (도 8 (가, 나)) 및, EDAX 를 통해 아연 함유량을 분석한 결과 (도 8 (다, 라))이다. 결과, 상기 방법으로도 아연이 함유된 나노 입자의 제조가 가능하며, 아연의 함유량 또한 조절 가능함을 알 수 있다. 합성된 나노 입자는 부정형으로 약 15 nm 정도의 크기를 가지고 있다.

실시예 10: 아연이 함유된 페라이트 나노 입자의 EXAFS ( Extended X- Ray Absorption Fine Structure ) 분석

본 발명에 따라 제작된 아연이 함유된 페라이트 나노 입자 자기 공명 영상제의 페라이트 매트릭스상에서의 아연의 분포를 조사하기 위해 EXAFS를 측정하였다. 도 9 (가-라)는 실시예 1에 따라 합성된 Zn_xFe₃ _- _xO₄ (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4) 나노 입자의 Zn 및 Fe K-edge EXAFS 스펙트럼이다. Zn K-edge EXAFS 스펙트럼에서 3.1 Å 및 2.6 Å 에서 나타나는 피크는 각각 페라이트 매트릭스상의 사면체(T_d) 정공 및 팔면체(O_h) 정공에 존재하는 아연을 나타낸다. 그래프 상에서 3.1 Å 피크의 세기가 강한 것 및 아연의 비율 (x)이 증가할수록 선택적으로 3.1 Å 피크가 증가하는 것은, 아연 원자가 페라이트 매트릭스의 사면체 정공에 선택적으로 분포하고 있음을 입증한다. 이러한 결과는 나노 입자의 제법 중, 특히 유기 용매상에서 제조되었을 때 더 뚜렷하게 보이는 현상으로, 이 방법이 수용액상에서 제조하는 것보다 더 효과적으로 아연을 함유시키는 방법임을 알 수 있다. 또한 이렇게 아연이 사면체 정공에 도입되어야 자성의 증가가 가능해진다.

실시예 11: BSA ( bovine serum albumin )로 코팅된 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자 자기 공명 영상제의 합성

실시예 1 ~ 4 에서 합성된 50 mg/ml의 농도로 1 ml의 톨루엔에 분산되어 있는 아연이 함유되어 있는 금속 산화물 나노 입자를 과량의 에탄올을 사용하여 침전시킨 뒤, 5 ml의 TMAOH 용액에 섞어주어 수용액에 분산 시킨다. 이 후 200 mg의 BSA를 첨가하여 녹인 후 상온에서 24 시간 반응시킨다. 이 후 반응 용액을 Sephacryl S-500 컬럼 (GE Healthcare, USA)으로 분리하여 나노 입자와 반응하지 않고 남은 과량의 BSA를 제거하고 나노 입자를 분리한다. 이렇게 분리된 나노 입자를 Centricon YM100 (Millipore, USA) 필터를 사용하여 다시 5 ml로 농축 시킨다.

실시예 12: 카르보덱스트란으로 코팅된 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자 자기 공명 영상제의 합성

실시예 11 과 같은 방법으로 합성된 TMAOH 코팅된 나노 입자 5 ml에 200 mg의 카르보텍스트란을 첨가하여 녹인 후 상온에서 24 시간 반응시킨다. 이 후 반응 용액을 Sephacryl S-500 컬럼으로 분리하여 나노 입자와 반응하지 않고 남은 과량의 카르보텍스트란를 제거하고 나노 입자를 분리한다. 이렇게 분리된 나노 입자를 Centricon YM100 필터를 사용하여 다시 5 ml로 농축 시킨다.

실시예 13: 하이프로멜로즈로 코팅된 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자 자기 공명 영상제의 합성

실시예 11 과 같은 방법으로 합성된 TMAOH 코팅된 나노 입자 5 ml에 100 mg의 하이프로멜로즈를 첨가하여 녹인 후 상온에서 24 시간 반응시킨다. 이 후 반응 용액을 Sephacryl S-500 컬럼으로 분리하여 나노 입자와 반응하지 않고 남은 과량의 하이프로멜로즈를 제거하고 나노 입자를 분리한다. 이렇게 분리된 나노 입자를 Centricon YM100 필터를 사용하여 다시 5 ml로 농축 시킨다.

실시예 14: 뉴트라비딘으로 코팅된 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자 자기 공명 영상제의 합성

먼저 실시예 11 과 같은 방법으로 합성된 수용화된 나노 입자 5 ml에 100 mg의 뉴트라비딘을 첨가하여 녹인 후 상온에서 24 시간 반응시킨다. 이 후 반응 용액 을 Sephacryl S-500 컬럼으로 분리하여 나노 입자와 반응하지 않고 남은 과량의 뉴트라비딘을 제거하고 나노 입자를 분리한다. 이렇게 분리된 나노 입자를 Centricon YM100 필터를 사용하여 다시 5 ml로 농축 시킨다.

실시예 15: 항체 ( IgG )로 코팅된 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자 자기 공명 영상제의 합성

실시예 11 과 같은 방법으로 합성된 TMAOH 코팅된 나노 입자 5 ml에 100 mg의 항체를 첨가하여 녹인 후 상온에서 24 시간 반응시킨다. 이 후 반응 용액을 Sephacryl S-500 컬럼으로 분리하여 나노 입자와 반응하지 않고 남은 과량의 항체를 제거하고 나노 입자를 분리한다. 이렇게 분리된 나노 입자를 Centricon YM100 필터를 사용하여 다시 5 ml로 농축 시킨다.

실시예 16: 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 pH 및 염 농도 변화에 따른 안정성 분석

다양한 리간드로 코팅된 Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄ 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 pH 및 염에 대한 안정성을 분석하였다. 도 10의 (가)에 나타낸 바와 같이 모든 수용성 나노입자는 200mM의 NaCl 농도에서 안정하였으며, 특히 BSA- Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄, 카르보텍스트란- Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄, 하이프로멜로즈-Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄, 뉴트라비딘-Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄, 항체(IgG)- Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄ 나노입자는 1M 이상의 농도에서도 안정함을 보여준다.

또한 도 10의 (나)에 나타낸 바와 같이 모든 수용성 나노 입자는 pH 7 내지 9에서 안정하였으며, 특히 BSA-Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄, 카르보텍스트란-Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄, 나노 입자는 pH 1 내지 11에서도 안정함을 보여주었다.

실시예 17: 식 Zn ₀ _.4 Fe ₂ _.6 O ₄ 를 가지는 아연이 함유된 금속 산화물을 포함하는 자기 공명 영상제를 이용한 쥐의 간 조영

아연이 함유된 금속 산화물을 포함하는 자기 공명 영상제의 in vivo 환경에서의 자기 공명 영상 조영 효과를 알아보기 위해 실시예 11에서 합성된 BSA로 코팅된 Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄ 나노 입자를 2 mg/ml 농도 및 8 mg/kg의 양으로 Balb/c 마우스 (n=4)에 꼬리를 통하여 정맥 주사하였다. 그리고 나노 입자 주사 전 및 후 10분 간격으로 자기 공명 영상 (MRI)을 측정하였다. 이 때 나노 입자의 간 조영 효과를 알아보기 위해 T2 신호 강도를 측정하였다.

MRI를 측정하기 위하여 sense-flex-M 코일이 장착된 3 Tesla (Acheiva; Philips Medical Systems. Best, the Netherlands) 시스템을 사용하였다. 자기 공명 영상 결과는 고속 스핀 에코를 이용하여 얻었다.

구체적인 파라미터는 다음과 같았다: 해상도 256 x 256 ㎛, 절편두께 1 mm, TE = 100 ms, TR = 4000 ms, FOV= 10 x 10 cm², 영상여기횟수 2.

도 11에 나타내었듯이, 나노 입자가 주사 된 후 간의 T2 자기 공명 영상 신호가 감소하여 어둡게 되었음을 알 수 있다. 일반적으로 산화철 영상제를 이용한 쥐의 조영 실험에서 25 mg/kg의 용량을 사용하는 것과 비교하여 본 발명에서 제시한 아연이 함유된 금속 산화물을 포함하는 자기 공명 영상제는 8 mg/kg의 약 3 배 적은 용량으로도 효과적인 간 조영 영상을 얻을 수 있다.

실시예 18: '아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자( Zn ₀ _.4 Mn ₀ _.6 Fe ₂ O ₄ ) - 생물/화학 활성물질 (허셉틴)' 하이브리드 나노 입자의 합성

나노 하이브리드 제조 과정에 대한 요약도를 도 12에 나타내었다. 허셉틴[(10 mM 인산완충용액 내에 10 mg/ml, pH 7.2) Genentech, Inc., South San Francisco, CA, USA] 100 ㎕를 취하여 에펜도르프 튜브에 담은 후, sulfo-SMCC [(N-Maleimidomethyl) cyclohexane-1-carboxylic acid 3-sulfo-N-hydroxy-succimide ester, Pierce]를 첨가하여 실온에서 30분 동안 반응시켜 허셉틴의 리신 잔기를 말레이미드기(maleimide)로 치환시켰다. 상기 리신 잔기가 말레이미드기로 치환된 허셉틴을 200 ㎕의 디머캡토숙신산으로 코팅된 Zn₀ _.4Mn₀ _.6Fe₂O₄를 함유한 수용액과 4시간 동안 실온에서 반응시켜 아연이 함유된 망간 페라이트-허셉틴 나노하이브리드 입자를 제조하였다. 제조된 나노 하이브리드 입자는 아가로오즈 전기영동 실험을 통해 분석하였다. 쿠마시 블루 (Coomassie Blue) 단백질 염색 결과 나노 하이브리드가 생성되었음을 확인할 수 있었다 (도 12(다) 2번 레인).

실시예 19: '아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자 ( Zn ₀ _.4 Mn ₀ _.6 Fe ₂ O ₄ ) - 생물/ 화학 활성물질 ( 뉴트라비딘 )' 하이브리드 나노 입자의 합성

뉴트라비딘 [(10 mM 인산완충용액 내의 10 mg/ml, pH 7.2), Sigma] 100 ㎕를 취하여 에펜도르프 튜브에 담은 후, sulfo-SMCC를 첨가하여 실온에서 30분 동안 반응시켜 뉴트라비딘의 리신 잔기를 말레이미드기로 치환시켰다. 말레이미드기로 치환된 뉴트라비딘을 200 ㎕의 디머캡토숙신산으로 코팅된 Zn₀ _.4Mn₀ _.6Fe₂O₄를 함유한 수용액과 4시간 동안 실온에서 반응시켜 아연 망간 페라이트-뉴트라비딘 나노하이브리드 입자를 제조하였다. 제조된 나노 하이브리드 입자는 아가로오즈 전기영동 실험을 통해 분석하였다. 쿠마시 블루 (Coomassie Blue) 단백질 염색 결과 나노 하이브리드가 생성되었음을 확인할 수 있었다 (도 12(다) 3번 레인).

실시예 20: 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 세포 독성 비교

아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 세포 독성을 조사하였다. 2 x 10⁵개의 HeLa 세포에 농도를 달리하여 15 nm 크기의 디머캡토숙신산으로 코팅된 Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄ 나노 입자를 처리하였다. 24 시간 후 trypan blue 방법을 통하여 세포의 활성도를 측정하였다. 도 13(가)에 나타낸 것처럼 Zn_0.4Fe_2.6O₄ 나노 입자는 100 ㎍/ml의 농도까지 거의 100%에 가까운 세포 활성도를 보여 나노 입자가 생체 친화적임을 알 수 있다. 또한 도 13(나)에 나타낸 것처험 아연이 함유된 산화철 및 망간 페라이트 나노 입자는 100 ㎍/ml의 농도에서 산화철 나노 입자와 비슷한 세포 활성도를 보여주고 있다. 산화철 나노 입자가 미국 식품안전의약청 (FDA, Food and Drug Administration)에서 인체 사용이 허가된 것을 고려하면 본 아연이 함유된 나노 입자의 경우 마찬가지로 생체 친화적일 수 있음을 보여준다.

실시예 21: 광학- MRI 이중모드 진단용 나노 하이브리드 시스템

광학적 성질과 자성을 동시에 가지는 진단용 프로브를 개발하기 위해 BSA로 표면 안정화된 아연이 함유된 망간 페라이트 나노 입자에 형광 염료 (로다민 RITC, Rhodamine isothiocyanate)를 붙여 자성과 형광을 동시에 가지는 하이브리드 입자를 개발하였다 (도 14(가)). 이를 위해 소혈청 알부민에 존재하는 -NH₂ 의 몰비로 20배 정도 과량의 NHS-RITC를 넣어주어 10 mM의 인산완충용액에서 상온에서 2시간동안 반응시켜 로다민-아연 망간페라이트 하이브리드 나노 입자를 합성하였다. 결과, 도 14에 보이는 대로 본 광학-자성 하이브리드 입자는 형광 (도 14(나))을 가지고 있으며 또한 자기 공명 영상 신호도 동시 (도 14(다))에 가짐을 확인하였다.

도 1. 아연이 함유된 페라이트 자성 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제 (Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄)의 (가) 전자 현미경 사진, (나) 고분해능 전자 현미경 사진 및 이의 역 푸리에 변환 이미지 (삽입도), 및 (다) 엑스레이 회절 패턴

도 2. 아연이 함유된 페라이트 자성 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 아연 함유량에 따른 전자 현미경 사진 (가) Zn_xMn₁ _- _xFe₂O₄ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8), (나) Zn_xFe₃ _- _xO₄ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8)

도 3. 아연이 함유된 페라이트 자성 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 아연 함유량에 따른 EDAX 분석. (가) Zn_xMn₁ _- _xFe₂O₄ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8), (나) Zn_xFe₃ _- _xO₄ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8).

도 4. 매트릭스로 사용한 산화철 (Fe₃O₄) 나노 입자에 다양한 종류의 금속 첨가물을 넣었을 때의 포화 자화율 비교.

도 5. 아연이 함유되지 않은 다양한 종류의 금속 페라이트 나노 입자 (MFe₂O₄, M = Mn, Fe, Co, Ni)와 아연을 함유한 금속 페라이트 나노 입자의 (Zn_0.3M_0.7Fe₂O₄)의 자기 공명 영상 효과의 비교. (가) 15 nm 크기를 갖는 아연이 함유되지 않은 금속 페라이트 나노 입자의 투과 전자 현미경 사진. (나) 15 nm 크기를 갖는 아연이 함유된 금속 페라이트 나노 입자의 투과 전자 현미경 사진. (다) 각각 (가), (나)의 나노 입자를 같은 농도로 포함한 물의 고속 스핀 에코 T2 자기 공명 영상 이미지 및 R2 이완 계수의 비교

도 6. 아연이 함유된 페라이트 자성 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 아연 함유량에 따른 포화 자화율 변화

도 7. 아연이 함유된 페라이트 자성 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 아연 함유량에 따른 자기 공명 영상 신호 변화 (가) Zn_xMn₁ _- _xFe₂O₄ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8), 및 Zn_xFe₃ _- _xO₄ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.8) 나노 입자 및 Feridex, CLIO의 고속 스핀 에코 T2 자기 공명 영상 이미지, (나) (가)의 이미지에 색을 입힌 이미지, (다) 아연 함유율 변화에 따른 R2 그래프.

도 8. 수용액상에서 합성된 아연이 함유된 산화철 나노 입자 (Zn_xFe₃ _- _xO₄, x= 0.2, 0.4). (가, 나) 전자 현미경 사진, (다, 라) EDAX 스펙트럼 분석 결과.

도 9. 아연이 함유된 페라이트 나노 입자의 아연 함유율에 따른 EXAFS 스펙트럼. Zn_xFe₃ _- _xO₄ (x = (가) 0.4, (나) 0.3, (다) 0.2, (라) 0.1)

도 10. 다양한 종류의 수용성 다작용기 리간드를 이용하여 표면 개질 되어 수분산된 아연이 함유된 자기 공명 영상제 (Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄)의 수용액상의 안정도 검사. (가) 염농도에 따른 수용액상의 안정도. (나) 산도 (pH) 변화에 따른 수용액상의 안정도.

도 11. 아연이 함유된 페라이트 자성 나노 입자 (Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄, 코어 크기: 15 nm)를 포함하는 자기 공명 영상제를 이용한 쥐의 MRI 간 조영 영상. (가) 나노 입 자 영상제를 주사하기 전의 쥐의 MRI 간 영상. (나 ~ 라) 나노 입자 영상제를 주사한 이후의 MRI 간 영상 (나) 주사 직후, (다) 10분 후, (라) 30분 후.

도 12. 아연 망간 페라이트 나노 입자에 생체 물질을 결합시킨 형태의 (가) 나노 입자-생체물질 하이브리드의 제조의 모식도 및 이를 통해 얻어진 아연 망간 페라이트 나노 입자-허셉틴 하이브리드 및 아연 망간 페라이트 나노 입자-뉴트라비딘 하이브리드의 아가로오즈 젤 (나) 전기영동 및 (다) 단백질 염색 결과.

도 13. 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자를 포함하는 자기 공명 영상제의 세포 독성 비교. (가) 아연이 함유된 자성 나노 입자 영상제 (Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄)의 세포 처리량 변화에 대한 세포 활성도 비교. (나) 세포 처리량 100 ㎍/ml에서의 산화철 (Fe₃O₄) 나노 입자와 아연이 함유된 자성 나노 입자 영상제 (Zn₀ _.4Fe₂ _.6O₄ 및 Zn_0.4Mn_0.6Fe₂O₄)의 세포 활성도 비교.

도 14. 아연이 함유된 망간 페라이트 나노 입자에 형광 염료 (로다민(Rhodamin))를 결합시켜 얻은 자성-광학 이중 모드 나노 입자의 모식도 (가), 형광 성질의 광발광스펙트럼 (photoluminescence spectrum) 및 형광 이미지 (나), 이중모드 나노 입자의 R2 스핀-스핀 이완 계수 및 자기 공명 영상 결과 (다)

Claims

아연이 함유된 금속 산화물 나노입자를 포함하는 자기 공명 영상제.
청구항 1에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 금속 산화물 나노 입자 매트릭스에 아연이 매트릭스 금속을 치환하거나 아연이 비어있는 정공에 첨가된 형태인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 2에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 그 포화 자화율 (M_s) 또는 자기 공명 영상 조영 효과 (R2 또는 R1)가 그 금속 산화물 나노 입자 매트릭스에 비해 증가된 값을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 3에 있어서 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는 자기 공명 영상 조영 효과 (R2 또는 R1)가 그 금속 산화물 나노 입자 매트릭스에 비해 40% 이상 증가된 값을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물은

금속 산화물 매트릭스인,

(a) 식 M_aO_b

(0<a≤16, 0<b≤8, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금); 또는

(b) 식 M_cM'_dO_e

(0<c≤16, 0<d≤16, 0<e≤8,

M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금;

M'은 1족 원소, 2족 원소, 12족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 원소)

의 구조식을 갖는 나노 입자에서 아연이 첨가되어 매트릭스 금속 원자의 일부를 치환하거나 비어있는 정공에 첨가한 형태인,

(c) 식 Zn_fM_a _- _fO_b

(0<f<8, 0<a≤16, 0<b≤8, 0<f/(a-f)<10, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금); 또는

(d) 식 Zn_gM_c _- _gM'_dO_e

(0<g<8, 0<c≤16, 0<d≤16, 0<e≤8, 0<g/{(c-g)+d}<10,

M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금이고;

M'은 1족 원소, 2족 원소, 12족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원 소, 전이 금속 원소, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 원소)

의 구조식을 갖는 나노 입자인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자의 물에 대한 분산도가 1 ㎍/ml ~ 500 mg/ml 이고 물에 분산된 나노입자의 유체 동력학적 직경(hydrodynamic diameter)이 1 nm ~ 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 5에 있어서, M'은 Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ge, Ga, Bi, In, Si, Ge, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, 란탄족 원소, 및 악티늄족 원소로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 원소인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 5에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물은

금속 산화물 매트릭스인

(e) 식 M"_hFe_iO_j

(0<h≤16, 0<i≤8, 0<j≤8, M"은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금) 의 구조식을 갖는 나노 입자에서 아연이 첨가되어 매트릭스 금속 원자의 일부를 치환하거나 비어있는 정공에 첨가한 형태인,

(f) 식 Zn_kM"_h- _kFe_iO_j

(0<k<8, 0<h≤16, 0<i≤8, 0<j≤8, 0<k/{(h-k)+i}<10, M"은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)의 구조식을 갖는 나노 입자인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 8에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물은

금속 산화물 매트릭스인

(g) 식 Fe_lO_m (0<l≤8, 0<m≤8) 또는

(h) 식 Mn_nFe_oO_p (0<n≤8, 0<o≤8, 0<p≤8)의 구조식을 갖는 나노 입자에 아연이 첨가되어 매트릭스 상의 금속 원자 일부를 치환하거나 비어있는 정공에 첨가한 형태인

(i) 식 Zn_qFe_l _- _qO_m (0<q<8, 0<l≤8, 0<m≤8, 0<q/(l-q)<10) 또는

(j) 식 Zn_rMn_n _- _rFe_oO_p (0<r<8, 0<n≤8, 0<o≤8, 0<p≤8, 0<r/{(n-r)+o}<10)의 구조식을 갖는 나노 입자인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자는, 아연과 다른 금속의 비율이 화학 양론적으로 0.001 < '아연/(총 금속 -아연)' < 10인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물은 그 포화자화율이 60 emu/g (자성원자) 이상인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자는 그 자체로 물에 분산되거나, 수용성 다작용기 리간드가 나노 입자를 둘러싸고 있어 수용액에서 분산되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노 입자가 하기의 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.

(1) 수불용성 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자를 유기 용매에서 합성하는 단계,

(2) 상기 수불용성 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자를 제1 용매에 용해하고 수용성 다작용기 리간드를 제 2용매에 용해하는 단계,

(3) 상기 단계 (2)에 따른 두 용액을 혼합하여 수불용성 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자의 표면에 다작용기 리간드를 도입시키고 수용액에 용해하여 분리 하는 단계.
청구항 13에 있어서, 상기 수용성 다작용기 리간드는 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자에 결합하는 부착영역(L_I)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 14에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자와 수용성 다작용기 리간드의 부착영역의 결합이 이온 결합, 공유 결합, 수소 결합, 소수성 결합 및 금속-리간드 배위 결합 중의 하나 이상의 결합에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 14에 있어서,

상기 수용성 다작용기 리간드는

활성성분을 결합시키기 위한 활성성분 결합 영역(L_II);

리간드 사이의 교차연결을 위한 교차연결영역(L_III); 또는

상기 활성 성분 결합 영역 (L_II)과 교차연결 영역 (L_III)을 동시에 포함하는 활성 성분 결합 영역-교차연결 영역 (L_II-L_III),

을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 14에 있어서, 상기 부착영역(L_I)은 -CHO, -COOH, -NH₂, -SH, -CONH₂, -PO₃H, -OPO₄H, -SO₃H, -OSO₃H, -N₃, -NR₃OH (R=C_nH_2n ₊₁, 0≤n≤16), -OH, -SS-, -NO₂, -CHO, -COX (X = F, Cl, Br, 또는 I), -COOCO-, -CONH-, 또는 -CN 및 탄소 수 2개 이상의 탄화수소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 16에 있어서, 상기 활성성분 결합영역(L_II)은 -CHO, -SH, -COOH, -NH₂, -OH, -PO₃H, -PO₄H₂, -SO₃H, -OSO₃H, -NR₃ ⁺X^- (R= C_nH_m 0≤n≤16, 0≤m≤34, X = OH, Cl, 또는 Br), NR₄ ⁺X^-(R= C_nH_m 0≤n≤16, 0≤m≤34, X = OH, Cl, 또는 Br), -N₃, -SCOCH₃, -SCN, -NCS, -NCO, -CN, -F, -Cl, -I, -Br, 에폭시기, -ONO₂, -PO(OH)₂, -C=NNH₂, -HC=CH- 및 -C≡C-으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 16에 있어서, 상기 교차연결 영역 (L_III)은 -SH, -CHO, -COOH, -NH₂, -OH, -PO₃H, -PO₄H₂, -SO₃H, -OSO₃H, -NR₃ ⁺X^-(R= C_nH_m 0≤n≤16, 0≤m≤34, X = OH, Cl, 또는 Br), NR₄ ⁺X^-(R= C_nH_m 0≤n≤16, 0≤m≤34, X = OH, Cl, 또는 Br), -N₃, -SCOCH₃, -SCN, -NCS, -NCO, -CN, -F, -Cl, -I, -Br, 에폭시기, -ONO₂, -PO(OH)₂, -C=NNH₂, -HC=CH- 및 -C≡C-로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 14에 있어서, 상기 수용성 다작용기 리간드는 디머켑토숙신산, 디머켑토말레산, 디머켑토펜타다이오닉산, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 및 테트라에틸암모늄하이드록사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 14에 있어서, 상기 수용성 다작용기 리간드는 -SH, -COOH, -NH₂ 및 -OH 중 하나 이상을 작용기로 갖는 아미노산을 하나 이상 포함하는 펩타이드인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 14에 있어서, 상기 수용성 다작용기 리간드는 단백질, 알부민 (albumin), 아비딘 (avidin), 항체 (antibody), 이차항체 (secondary antibody), 시토크롬 (cytochrome), 카세인 (casein), 미오신 (myosin), 글리시닌 (glycinine), 케로틴 (carotene), 콜라젠 콜라젠 (collagen), 인지질 (phospholipids), 구형 단백질류 (globular protein), 및 경단백질류 (light protein)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 14에 있어서, 상기 수용성 다작용기 리간드는 글루코오스 (glucose), 만노오스(mannose), 퓨코오즈(fucose), N-아세틸글루코민 (N-acetylglucomine), N-아세틸갈락토사민 (N-acetylgalactosamine), N-아세틸뉴라민산 (N-acetylneuramic acid), 과당(fructose), 자일로스(xylose), 솔비톨 (sorbitol), 자당(sucrose), 말토오즈(maltose), 글리코알데히드 (glycoaldehyde), 디하이드록시아세톤 (dihydroxyacetone), 에리드로우즈(erythrose), 에리드루로즈(erythrulose), 아라비노우즈 (arabinose), 자이루로우즈(xylulose), 젖당(lactose), 트레할로우즈 (trehalose), 멜리보우즈 (mellibose), 셀로비오즈 (cellobiose), 라피노우즈 (lapinose), 멜레지토우즈 (melezitose), 말토리오즈 (maltoriose), 스타치오즈 (starchyose), 에스트로도우즈 (estrodose), 자이란 (xylan), 아라반 (araban), 헥소산 (hexosan), 프록탄 (proctan), 갈락탄 (galactan), 만난 (mannan), 아가로펙틴 (agarofectin), 알긴산 (arginic acid), 헤미셀룰로오즈 (hemicellulose), 하이프로멜로스 (hypromellose), 아밀로즈 (amylase), 디옥시 아세톤 (deoxyaceton), 글리세린알데히드 (glycerinealdehyde), 키틴 (chitin), 아가로오즈 (agarose), 덱스트란 (dextran), 리보즈 (ribose), 리부로오즈 (ribulose), 갈락토즈(galactose), 카르복시 메틸셀룰로오스 (carboxymethylcellulose) 및 글리코겐 덱스트란 (glycogen dextran), 카르보덱스트란 (carbodextran), 폴리사카라이드 (polysaccharide), 사이클로덱스트란 (cyclodextran), 풀루란 (pluronic), 셀룰로오즈 (cellulose), 녹말 (starch), 글리코겐 (glycogen), 카르보하이드레이트 (carbohydrate), 폴리포스파젠 (polyphosphagen), 폴리락타이드 (polylactide), 폴리락티드-코-글리콜라이드 (poly(lactic-co-glycolic acid)), 폴리카프로락톤 (polycaprolactone), 폴리안하이드라이드 (polyanhydride), 폴리말릭산 (polymaleic acid), 폴리말릭산의 유도체, 폴리알킬시아노아크릴레이트 (polyalkylcyanoacrylate), 폴리하이드로옥시부틸레이트 (polyhydroxybutylate), 폴리카르보네이트 (polycarbonate), 폴리오르소에스테르 (polyorthoester), 폴리에틸렌 글리콜 (polyethyleneglycol), 폴리-L-라이신 (poly-L-lysine), 폴리글리콜라이드 (polyglycolide), 폴리메틸메타아크릴레이트 (polymetacrylate), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 자기 공명 영상제.
청구항 16에 있어서, 상기 수용성 다작용기 리간드는 부착영역(L_I)의 작용기는 -COOH, 또는 -OH기를, 활성성분 결합영역(L_II)의 작용기는 -COOH, -NH₂, NR₄ ⁺X^-(R= C_nH_m 0≤n≤16, 0≤m≤34, X = OH, Cl, 또는 Br)기 또는 -SH기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 16에 있어서, 상기 아연이 함유된 수용성 금속 산화물 나노 입자는 상기 수용성 다작용기 리간드의 활성성분 결합영역(L_II)에 활성성분이 결합된 형태인 아연이 함유된 금속 산화물 - 생물/화학 활성 물질 하이브리드 나노 입자인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 25에 있어서, 상기 활성 성분이 화학 기능성 단분자, 고분자, 무기 지지체, 무기 물질 및 생체 기능성 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 26에 있어서, 상기 화학 기능성 단분자가 항암제, 항생제, 비타민, 폴산을 포함하는 약물, 지방산, 스테로이드, 호르몬, 퓨린, 피리미딘, 단당류, 이당류로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 26에 있어서, 상기 화학 기능성 단분자가 말단 혹은 곁사슬에 -COOH, -NH₂, -SH, -SS-, -CONH₂, -PO₃H, -PO₄H₂, -PO₂(OR¹)(OR²) (R¹,R² = C_sH_tN_uO_wS_xP_yX_z, X= -F, -Cl, -Br 또는 -I, 0≤s≤20, 0≤t≤2(s+u)+1, 0≤u≤2s, 0≤w≤2s, 0≤x≤2s, 0≤y≤2s, 0≤z≤2s), -SO₃H, -OSO₃H, -NO₂, -CHO, -COSH, -COX, -COOCO-, -CORCO- (R= C_lH_m, 0≤l≤3, 0≤m≤2l+1), -COOR, -CN, -N₃, -N₂, -NROH (R = C_sH_tN_uO_wS_xP_yX_z, X= -F, -Cl, -Br 또는 -I, -0≤s≤20, 0≤t≤2(s+u)+1, 0≤u≤2s, 0≤w≤2s, 0≤x≤2s, 0≤y≤2s, 0≤z≤2s), -NR¹NR²R³ (R¹,R²,R³= C_sH_tN_uO_wS_xP_yX_z, X= -F, -Cl, -Br 또는 -I, 0≤s≤20, 0≤t≤2(s+u)+1, 0≤u≤2s, 0≤w≤2s, 0≤x≤2s, 0≤y≤2s, 0≤z≤2s), -CONHNR¹R² (R¹, R²= C_sH_tN_uO_wS_xP_yX_z, X= -F, -Cl, -Br 또는 -I, 0≤s≤20, 0≤t≤2(s+u)+1, 0≤u≤2s, 0≤w≤2s, 0≤x≤2s, 0≤y≤2s, 0≤z≤2s), -NR¹R²R³X' (R¹,R²,R³ = C_sH_tN_uO_wS_xP_yX_z, X= -F, -Cl, -Br, 또는 -I, X'= F^-, Cl^-, Br^-, 또는 I^-, 0≤s≤20, 0≤t≤2(s+u)+1, 0≤u≤2s, 0≤w≤2s, 0≤x≤2s, 0≤y≤2s, 0≤z≤2s), -OH, -SCOCH₃, -F, -Cl, -Br, -I, -SCN, -NCO, -OCN, -에폭시, -C=NNH₂, -HC=CH- 및 -C≡C-으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 26에 있어서, 상기 고분자는 덱스트란 (dextran), 카르보덱스트란 (carbodextran), 폴리사카라이드 (polysaccharide), 사이클로덱스트란 (cyclodextran), 풀루란 (pluronic), 셀룰로오즈 (cellulose), 녹말 (starch), 글리코겐 (glycogen), 카르보하이드레이트 (carbohydrate), 단당류 (monosaccharide), 이당류 (bisaccharide) 및 올리고당류 (oligosaccharide), 폴리 포스파젠 (polyphosphagen), 폴리락타이드 (polylactide), 폴리락티드-코-글리콜라이드 (poly(lactic-co-glycolic acid)), 폴리카프로락톤 (polycaprolactone), 폴리안하이드라이드 (polyanhydride), 폴리말릭산 (polymaleic acid) 및 폴리말릭산의 유도체, 폴리알킬시아노아크릴레이트 (polyalkylcyanoacrylate), 폴리하이드로옥시부틸레이트 (polyhydroxybutylate), 폴리카르보네이트 (polycarbonate), 폴리오르소에스테르 (polyorthoester), 폴리에틸렌 글리콜 (polyethyleneglycol), 폴리-L-라이신 (poly-L-lysine), 폴리글리콜라이드 (polyglycolide), 폴리메틸메타아크릴레이트 (polymetacrylate), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone) 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 26에 있어서, 상기 무기 지지체는 금속 산화물; 금속 칼코겐 화합물; 무기 세라믹 물질; 탄소물질; 반도체 기판; 금속 기판; 또는 그 복합체; 인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 26에 있어서,

상기 무기 물질은:

1족 원소, 2족 원소, 전이 금속 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소 및 악티늄족 원소로 이루어진 그룹으로부터 1종 이상 선택된 원소로 구성된 금속 산화물;

13족 원소, 12족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 및16족 원소 중에서 2종 이상 선택된 원소로 구성된 반도체;

전이 금속 원소; 13족 원소; 14족 원소; 15족 원소; 및 16족 원소,

로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 31에 있어서,

상기 무기 물질은:

Li, Na, Be, Ca, Ge, Ba, Mg, Sr, Ra, Sc, Ti, V, Y, Tc, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Zr, Nd, Cr, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, An, Pb, P, As, Sb, Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 란탄족, 및 악티늄족 원소로 이루어진 그룹으로부터 1종 이상 선택된 원소로 구성된 금속 산화물;

Ga. In, Tl, Zn, Cd, Hg, C, Si, Ge, Sn, Pb, N, P, As, Sb, Bi, O, S, Se, Te, 및 Po 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 원소로 구성된 반도체; 및

Au, Ag, Pt, Cu, Pd, Mo, Os, W, Ti, W, V, Cr, Zn, Nb, Ru, Rh, Ir, Co, Mn, Fe, Ni, Cr, Y, Zr, Cd, Ta, Re, Al, Ga, In, C, Si, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, 및 Po;

로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 26에 있어서, 상기 생체 기능성물질이 DNA, RNA, 펩타이드, 항원 (antigen), 항체 (antibody), 합텐(hapten), 아비딘(avidin), 스트렙타비 딘(streptavidin), 뉴트라비딘 (neutravidin), 프로테인 A (protein A), 프로테인 G (protein G), 렉틴(lectin), 셀렉틴(selectin)과 같은 조직 특이적 결합 성분들(tissue-specific binding substances); 항암제 (anti-cancer agent), 항생제 (antibiotic), 호르몬 (hormone), 호르몬 길항제 (hormone antagonist), 인터루킨(interleukin), 인터페론(interferon), 성장 인자(growth factor), 종양 괴사 인자(tumor necrosis factor), 엔도톡신(endotoxin), 림포톡신(lymphotoxin), 유로키나제(urokinase), 스트렙토키나제(streptokinase), 조직 플라스미노겐 활성제(tissue plasminogen activator), 프로테아제 저해제(protease inhibitor), 알킬 포스포콜린(alkyl phosphocholine), 계면활성제, 심혈관계 약물(cardiovascular pharmaceuticals), 위장관계 약물(gastrointestinal pharmaceuticals), 신경계 약물(neuro pharmaceuticals)과 같은 약제학적 활성성분, 가수 분해 효소 (hydrolase), 산화-환원 효소 (redox enzyme), 분해 효소 (lyase), 이성질화 효소 (isomerization enzyme), 합성효소 (synthetase) 등의 생체활성 효소, 효소 공인자 (enzyme cofactor), 효소 억제제 (enzyme inhibitor)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자에 방사성 동위 원소가 결합되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 34에 있어서, 상기 자기 공명 영상제가 단일광자방출컴퓨터단층촬영 (SPECT, Single Photon Emission Computer Tomography) 또는 양전자 방출 단층촬영 (PET, Positron Emission Tomography)에 사용되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자에 형광 물질이 결합되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 36에 있어서, 상기 자기 공명 영상제가 광학 이미징 및 분광 (optical imaging and spectroscopy)에 사용되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자에 엑스레이 영상제 및 초음파 영상제가 결합되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.
청구항 38에 있어서, 상기 자기 공명 영상제가 엑스레이 이미징 및 초음파 이미징에 사용되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상제.